基于转录组测序的黄梁木不定根发生关键基因挖掘

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaopanzi250
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黄梁木(Neolamarckia cadamba)是亚热带和热带地区重要的速生用材树种之一,自然条件下,黄梁木枝条扦插生根较难,导致其不能快速繁殖,影响了在生产上的推广应用。研究发现黄梁木在添加生长素的培养基中可快速生根。为探讨其机理,本论文详细观察了黄梁木不定根的发生过程,利用优化的激光显微切割技术获取了组培苗不定根原基发生过程中3个关键时期的细胞组织,并进行转录组测序,获得了一批相关基因,为遗传改良黄梁木奠定基础。研究结果如下:1.黄梁木不定根发生过程解剖学观察:取黄梁木组培苗生根诱导(MS+0.1 mg/L NAA)第0、1、2、3、4、5、6 d扦插茎段基部1 cm,利用石蜡切片技术对黄梁木不定根发生过程进行详细观察,发现未进行生根诱导时(0 d,对照期),在黄梁木维管束中未观察到潜伏的根原基休眠细胞;诱导后第3 d(诱导期),维管束细胞分裂活跃;发育到第4 d不定根原基形成;诱导后第5 d,不定根原基分化;诱导后第6 d,不定根伸长,突破表皮。2.建立了激光显微切割分离黄梁木不定根原基的技术体系。研究了石蜡切片过程中固定剂、脱水时间、渗透剂、切片厚度、粘片试剂、烘片温度等对RNA质量的影响,优化了激光显微切割参数,建立了石蜡切片联合激光显微切割技术分离黄梁木不定根原基细胞体系,获得的RNA可以满足后续RNA-seq文库构建的要求。3.黄梁木不定根发生过程中基因表达变化:利用已建立的激光显微切割技术体系获取生根诱导第0 d、3 d、4 d根原基起始细胞进行转录组测序。共得到clean reads102.58 Gb,获得9932个差异表达基因(DEGs),5024个DEGs上调表达,4908个DEGs下调表达。GO功能聚类分析集中在细胞过程(cellular process),代谢过程(metabolic process),细胞(cell),膜组分(membrane part),催化活性功能(catalytic activity)等。KEGG分析富集在植物激素信号途径(Plant hormone signal transduction)。根据GO和KEGG分析结果,获得36个植物激素信号相关基因、14个细胞周期蛋白和细胞分裂相关基因、28个转录因子。利用实时荧光定量PCR对上述40个基因表达进行验证,结果表明75%基因表达趋势与转录组测序结果一致,说明测序具有较高的准确性。结合转录组测序和实时荧光定量PCR结果,最终筛选20个关键基因可能参与黄梁木不定根发生过程,包括生长素通路:GH3.5、GH6.3、GH3.17、ARF6、ARF8、ARF19;乙烯通路:ACO1;茉莉酸通路:COI1、MYC2;细胞分裂素通路:ARR11、ARR12;油菜素内酯通路:BAK1。转录因子:AIL6、AGL21、WRKY71、WOX5、WOX11、WOX13、LBD16、LBD19。
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