水稻代謝組學(xué)的生物信息學(xué)分析及遺傳基礎(chǔ)的研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、生物信息學(xué)在水稻代謝組學(xué)研究中發(fā)揮著越來越重要的作用,尤其是近幾年來隨著高通量和高分辨的代謝檢測技術(shù)的不斷發(fā)展,可以結(jié)合多種生物信息技術(shù)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,對(duì)高通量的代謝數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析,以揭示水稻代謝物潛在的遺傳特征。同時(shí)生物信息學(xué)還可以將代謝組與基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組等其他組學(xué)緊密結(jié)合在一起,以促進(jìn)水稻功能基因組學(xué)的深入研究。
  在本研究中,通過結(jié)合主成分分析(PCA)、層次聚類分析(HCA)、以及相關(guān)性分析等生物信息方法來研究

2、水稻代謝物的自然變異情況,并利用基于代謝組的全基因組關(guān)聯(lián)分析(mGWAS)來探究代謝物生物合成途徑中潛在的遺傳基礎(chǔ)。首先從代謝水平分析了近900種代謝物在水稻不同亞群體之間(秈稻和粳稻)以及不同組織之間(葉片和種子)的積累情況,發(fā)現(xiàn)水稻代謝物的積累不僅在秈粳群體之間具有顯著的差異,而且也具有明顯的組織特異性。為了從遺傳的角度來解釋這種現(xiàn)象,分別在不同群體和不同組織中進(jìn)行比較mGWAS分析,結(jié)果表明水稻代謝物在不同群體中的遺傳調(diào)控具有顯著

3、的差異性,同時(shí)也發(fā)現(xiàn)水稻代謝物在不同組織中的遺傳調(diào)控具有特異性,并且認(rèn)為產(chǎn)生這種特異性的主要原因是基因的組織特異性表達(dá)。
  利用多種生物信息方法將mGWAS的結(jié)果與基因組、轉(zhuǎn)錄組、代謝組及其他組學(xué)的數(shù)據(jù)有效的整合,可以促進(jìn)水稻功能基因組學(xué)的研究,包括群體遺傳變異的分析、基于轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的共表達(dá)分析、序列相似性的比較,以及基于GGM模型的代謝網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建等。基于此大約有30個(gè)新的候選基因和40個(gè)未知代謝物從水稻種子mGWAS的顯著位點(diǎn)

4、中鑒定出來,其中基因Os04g11970進(jìn)行了功能驗(yàn)證,而且還有4個(gè)色胺和5-羥色胺的衍生物通過實(shí)驗(yàn)解析出來。除此之外,水稻與玉米mGWAS之間的同源位點(diǎn)的共定位分析,可以揭示出具有相同或相似化學(xué)結(jié)構(gòu)的代謝物在水稻與玉米之間共同的遺傳調(diào)控,而且該方法可以將水稻mGWAS中大效應(yīng)的位點(diǎn)與玉米mGWAS的高分辨率有效結(jié)合,從而大大提高水稻代謝遺傳基礎(chǔ)的研究,最終我們通過該方法鑒定出20個(gè)候選基因,其中Os06g18670已完成了功能驗(yàn)證。<

5、br>  最后基于代謝全基因組關(guān)聯(lián)分析(mGWAS)和農(nóng)藝性狀全基因組關(guān)聯(lián)分析(pGWAS)的并行研究,我們可以探究代謝物與農(nóng)藝性狀的遺傳關(guān)系。在本文中,鑒定出一些與種皮顏色、大小等農(nóng)藝性狀相關(guān)的候選基因,而且通過實(shí)驗(yàn)證明了Os02g57760對(duì)葫蘆巴堿與粒寬兩種性狀的共同影響,從而為揭示代謝組與表型組之間的遺傳關(guān)系提供了直接證據(jù)。
  綜上所述,生物信息學(xué)對(duì)代謝組學(xué)的研究具有十分重要的作用?;诖?,可以發(fā)展出一種強(qiáng)大的分析工具,

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