一個小穗突變體lsd的表型觀察和轉(zhuǎn)錄組分析.pdf

1、雌雄花序的正常發(fā)育決定著玉米籽粒的產(chǎn)量潛能，解析雌、雄花序發(fā)育機(jī)制對于提高玉米產(chǎn)量具有重要意義。本研究以一個小穗缺失突變體(lsd)為材料，比較分析突變體lsd和野生型(Wild-Type: WT)間的形態(tài)差異，雌雄花序發(fā)育進(jìn)程中各類分生組織的分化和發(fā)育差異，明確突變體變異的細(xì)胞學(xué)原因。分析突變體和野生型間轉(zhuǎn)錄組的差異，預(yù)測候選基因的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為揭示玉米花序發(fā)育調(diào)控分子機(jī)理提供依據(jù)。本研究主要結(jié)果如下:
　　1.表型鑒定發(fā)現(xiàn)，突變

2、體與野生型在株高、雌穗長、雄穗主軸長、葉片長度和寬度、穗上葉片數(shù)、雄穗分枝數(shù)7個性狀上差異顯著。突變體雌、雄花序發(fā)育進(jìn)程均在小穗成對分生組織(SPM)發(fā)育時開始滯后于WT，雌花序發(fā)育滯后現(xiàn)象比雄花序更為明顯;突變體雌雄花序發(fā)育滯后現(xiàn)象隨著花序發(fā)育進(jìn)程而更為嚴(yán)重。
　　2.掃描電鏡觀察結(jié)果表明，突變體雄花序原基的生長錐頂端部分比野生型的更寬，生長錐長度較野生型的更長;分支分生組織(BM)的分化和發(fā)育被抑制，BM數(shù)量顯著減少甚至沒有;

3、1個SPM分化成3個SMs(SpikeletMeristems)，中間的SM體積比兩邊的更大，發(fā)育進(jìn)程更快，但絕大多數(shù)SMs無明顯小花分生組織(FM)分化，護(hù)穎發(fā)育異常。突變體雌花序在花序分生組織(IM)發(fā)育時即出現(xiàn)異常，部分lsd生長錐頂端部分比野生型的更寬廣，部分雌花序原基上同時分化出兩個生長錐;SPM發(fā)育變異程度比雄花序更大，1個SPM分化出大小不一致的2-3個SMs，F(xiàn)M發(fā)育異常，護(hù)穎生長受抑制;lsd雌花序出現(xiàn)多種表型變異，有

4、的產(chǎn)生BM組織、有的產(chǎn)生類似葉原基組織、有的為光滑扁平的“紙狀”、有的頂端裂成兩部分;有的頂端扁平、寬廣;有的出現(xiàn)兩個或多個生長錐。
　　3.提取lsd和野生型雄花序原基RNA進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，數(shù)據(jù)分析表明:在野生型與突變體間共檢測到1063個差異表達(dá)基因(DEGs)，相對于野生型，在突變體中210個基因表達(dá)量上調(diào)，853個基因表達(dá)量下調(diào)。GO富集分析表明，差異表達(dá)基因主要富集在分子功能的水結(jié)合相關(guān)蛋白類，生物過程的初級代謝和細(xì)胞代

5、謝類。進(jìn)一步分析表明，一些GRF家族基因、細(xì)胞周期相關(guān)基因、花序發(fā)育相關(guān)基因、激素相關(guān)基因的表達(dá)水平在突變體與野生型間存在顯著差異。熒光定量PCR分析證實了2個GRF家族基因、4個細(xì)胞周期相關(guān)基因、5個花序發(fā)育相關(guān)基因和8個植物激素合成與信號相關(guān)基因的表達(dá)差異。基于突變體和野生型植物學(xué)表型和細(xì)胞學(xué)發(fā)育的比較，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組分析和熒光定量PCR結(jié)果，我們推測，突變體候選基因ZmGIF1作為轉(zhuǎn)錄結(jié)合因子，可能與ZmGRF10結(jié)合，激活細(xì)胞周期相