高温胁迫下玉米叶片的转录组和蛋白质组分析

来源 :河南农业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:tina_lh
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玉米是我国第一大粮食作物。随着全球大气温度的逐渐升高,热害对玉米生产的影响日益严重。为探索玉米在高温胁迫后启动的响应机制,挖掘耐热相关基因,开展了玉米高温胁迫响应的转录组和蛋白质组研究。本研究以玉米自交系昌7-2和糯玉米杂交种HN5872为试验材料。在温室内25℃条件下培养,待玉米植株生长至第5片叶完全展开时对其进行40℃高温处理1小时,以25℃条件下培养的玉米植株作为对照。取完整的第5片叶分别提取总RNA和总蛋白质,利用RNA-seq和DIA技术进行分析,解析玉米叶片响应高温胁迫的分子机制。主要研究结果如下:(1)利用RNA-seq对高温处理/非处理的昌7-2和HN5872叶片进行测序分析。以padj<0.05为筛选条件,在两个材料中共筛选到8243个差异基因。其中,昌7-2高温处理-vs-非处理中有4954个差异表达基因(2452个基因相对上调表达,2502个基因相对下调表达);HN5872高温处理-vs-非处理中有4641个差异表达基因(2354个基因相对上调表达,2287个基因相对下调表达)。两个材料捕捉到的共同差异表达基因为1353个,GO(Gene ontology分析显示,这些共同差异表达基因涉及29种分子功能,其中119个基因富集于核苷酸结合功能,27个基因注释为转录因子编码基因。(2)对自交系昌7-2中的差异表达基因进行GO富集和KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)分析,发现差异表达基因显著富集于光合作用和代谢物合成途径,说明自交系昌7-2的叶片中热胁迫主要影响光合作用和代谢物合成;而在杂交种HN5872中光合作用与转录因子TFIID复合物两种功能基因富集较显著。(3)以Log2FoldChange≥1,padj<0.05为筛选条件,在自交系昌7-2中筛选到86个差异表达转录因子基因;在杂交种HN5872中筛选到144个差异表达转录因子基因。这些转录因子主要与非生物胁迫响应相关,包括乙烯响应转录因子、MYB转录因子、WRKY转录因子等。(4)以蛋白丰度比≥1.5或≤0.67、显著性p<0.05为筛选条件,对两个材料高温处理/非处理的差异表达蛋白进行了筛选。在自交系昌7-2高温处理-vs-非处理中筛选到20个差异表达蛋白,主要包括渗透蛋白样蛋白、1-吡咯啉-5-羧酸合酶、焦磷酸盐激发的液泡膜质子泵、L-鸟氨酸N5-乙酰转移酶、NADH脱氢酶、谷胱甘肽S-转移酶等;在杂交种HN5872高温处理-vs-非处理中筛选到24个差异表达蛋白,主要包括热休克蛋白、甘油酸转运蛋白、铁氧还蛋白、钙敏感受体、Xaa-Pro二肽酶、非特异性脂质转移蛋白、苯丙氨酸氨裂解酶等。这些蛋白参与生物代谢与合成,具有维持细胞内环境平衡的作用,可能参与调控细胞内渗透压平衡,降低细胞伤害。其中钙敏感受体、甘油酸转运蛋白、热休克蛋白、铁氧还蛋白、非特异性脂质转移蛋白的编码基因同时在转录组测序数据中显示为差异表达基因。
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