參與調(diào)節(jié)AM真菌共生的關(guān)鍵ZmPIN基因篩選及功能分析.pdf

1、玉米（Zea mays）作為重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，其生長(zhǎng)和發(fā)育受到環(huán)境中生物和非生物逆境因子的脅迫，嚴(yán)重地制約玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)。叢枝菌根(Arbuscular mycorrhizal，AM)真菌可與玉米形成的共生體，不僅能提高宿主從土壤中吸收大量的營(yíng)養(yǎng)元素和水分，還能增強(qiáng)植株的抗逆性。前期發(fā)現(xiàn)，AM真菌可顯著促進(jìn)玉米側(cè)根的生長(zhǎng)，這可能由于AM真菌侵染改變植物根部生長(zhǎng)素的重新分布從而誘導(dǎo)側(cè)根的增多，然而，其調(diào)節(jié)機(jī)制仍需進(jìn)一步分析。至此，本研

2、究以AM真菌（Glomus versiforme）和玉米共生體為研究對(duì)象，通過AM真菌侵染后的玉米轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果，解析調(diào)控的關(guān)鍵調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，利用玉米PIN基因家族的生物信息和誘導(dǎo)表達(dá)模式分析，發(fā)掘調(diào)節(jié)玉米根系生長(zhǎng)素重新分布的關(guān)鍵PIN基因，并通過體外百脈根毛根體系和水稻穩(wěn)定轉(zhuǎn)化驗(yàn)證該基因在調(diào)節(jié)生長(zhǎng)素分布及側(cè)根生長(zhǎng)中的作用。主要結(jié)果如下:
　　1.選取AM真菌侵染30天后的玉米側(cè)根，以未處理的根作為對(duì)照進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析，結(jié)果分析表明，7

3、1％以上序列可以mapping到玉米參考基因組上，23997個(gè)基因的表達(dá)量顯著上調(diào)，3721個(gè)基因的表達(dá)量被下調(diào)。GO富集分析可知，差異表達(dá)基因主要參與調(diào)控ATP、DNA和金屬離子結(jié)合相關(guān)。KEGG Pathway分析發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)的基因主要分布在代謝通路，其次為植物激素信號(hào)通路和植物真菌互作通路。
　　2.依據(jù)PIN基因家族的Mem trans結(jié)構(gòu)域特征，篩選玉米全基因組，發(fā)現(xiàn)14個(gè)玉米PIN同源基因，可以將其分為三個(gè)亞家族。熱圖

4、表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，ZmPIN5b和ZmPIN10b基因在任何組織中都不表達(dá)，而ZmPINY基因在所有組織中均表達(dá)。在玉米主根中均有表達(dá)的基因有ZmPIN1a-1d、ZmPIN8、ZmPIN10a、ZmPINY，尤其ZmPIN1a、ZmPIN1b基因在根中具有較高的表達(dá)水平。
　　3.利用RT-qPCR分析ZmPIN家族基因在AM真菌侵染后的表達(dá)模式，發(fā)現(xiàn)ZmPIN5c、ZmPIN10b、ZmPINX在二者共生30d后表達(dá)開始上調(diào)，而Z

5、mPIN5c和ZmPINX基因在共生整個(gè)過程均表現(xiàn)上調(diào)趨勢(shì)，ZmPIN10b基因僅在誘導(dǎo)初期具有較高的表達(dá)水平;與此相反地，ZmPIN1a、ZmPIN1c、ZmPIN9基因的表達(dá)量在AM真菌侵染前后基本不改變;ZmPIN1b、ZmPIN1d、ZmPIN2、ZmPINY基因在共生早期階段表達(dá)量均下降，但在后期表達(dá)量上升。
　　4.根據(jù)誘導(dǎo)表達(dá)分析結(jié)果，選取ZmPIN1a，ZmPIN5c，ZmPINY三個(gè)PIN家族基因，構(gòu)建過表達(dá)（3