陆地棉纤维次生壁加厚期基因表达谱分析

1、 华中农业大学硕士学位论文陆地棉纤维次生壁加厚期基因表达谱分析姓名：计志斌申请学位级别：硕士专业：遗传学指导教师：袁有禄201106 术 本 笱 筒 律 镉 邢 薰 竟 餐 菇 棉 花全 基 因 组 芯 片 ， 包 括 ； 此 外 ， 还 包 括 通过 功 能 显著性 富集 分析发 现在 两 材 料中 显 发 育 的关 系 均需 要 进一 步 的研 究。关 键 词： 棉 纤维， 芯 片 ， 表 达 谱， 次 生 壁 畇 陆地棉 纤维次 生 壁 加 厚 期 基 因 表 达 谱分析 陆地棉 纤维次 生 壁 加 厚 期 基 因 表 达 谱分析 。由 于陆地棉 纤维产 烨鉏 ：研 究 生 学位论文细

2、胞 分 裂 等 因素干扰 ，可作 为 研 究 细 胞 伸长 的 理 想 材 料 ，在 次 生 壁 加 厚 期 纤 维 素大口 四日 四篿 畃 完 成 分 化 的 纤 维 原始 细 胞 形成 长 纤 维 诳 ; 天 分 化 送 猓 琀 提 供 苹 果 酸 和 等 渗 透 调 ， 的 次 生 壁 ， 已 有研究 表 明， 其厚 度和纤 维 素 超 分子 结 构 在很 大程 度上 决 定 了 棉 纤 维纤 维 次 生 壁 加 厚 发 育过程 中 主要 生 理 特性 的 基因 型差 异及 对 纤 维 比 强度的 影 响 。 研 自 溶， 从而 为 纤维的 伸 长 和 加 厚 生 长 提 供可 能 ，

3、而 蛞种葡 宋 氐 暮 铣 桑 疓 似乎对 纤维素 的 合 成 没 有影响 相 比， 艽 俳 尴宋 纳斐 玁 在 一定 程 度 上会 延 迟 和 抑 制 棉 纤维次 生 陆地棉 纤维次 生 壁 加 厚 期 基 因 表 达 谱分析 谡 飧 瞿 椭 校 肽 嗔 恼 崽 呛 铣 擅 甋 纤维素 合 成酶棉 花 纤维细 胞 的次 生 壁 的形 成伴 随 着 纤维的大量 沉 积。 负 责 合 成纤维素 多聚 体系 ，迄 今 ，尚 不太 清 楚 纤维素 合 成酶 的构成。 目 前 ，普 遍 认为纤维素 合 成酶 是 一种白 质 分子 及 其 它 与之 相 联系 的蛋 白 质 分子 组 成一个 莲座 状 复

4、 合 体 。 一个 莲座 状 复 合 量 特 异 表 达 外 ，在初 生 壁 合 成时 也 有微 量 表 达 ，据推 测 ，其 功 能 是 编 码纤维素 合 成等 研 究发 现 蔗糖 合 成酶 在纤维素 合 成过中 具 有重要 作用 ，而且 胞 质 型 与质 膜 ， 硗 猓 先 纫 个 纤维品育 进 程中 ，蔗糖 合 成酶 的活 性 变化表 现 一致，均 呈 双 峰 曲线 先 龋 。 它 性 的增加 ，与纤维的伸长启 动 和 次 生 壁 的合 成有关 。 目 前 ，有研 究表 明 酶 对 葡 聚 糖 酶因 表 达 直 接 影 响纤维素 的合 成速度 和 沉 积质 量 ， ； 是 初 生 胞 壁

5、的 主 要 组 成 成 分， 果 胶 酯 酶 能 将 果 胶 水 解 为 果 胶 酸 盐 。 另 外 ， 多糖 和 寡维 细 胞 的 起 始 和 伸 长 阶 段， 次 生 壁加厚的 分子 机 制研究 还 相 对 较少 陆地 棉 纤维 次 生 壁加厚期 基 因 表 达 谱分析 ， ；达 的 基 因 ， 其 中 就 包 括 。 随后， 随着 测 序、 芯 片 等 技术 及 基 因 组 学的 发 展 ，更 多的 与纤维 发 育 有 关 的 基 因 被 发 现 和 克 隆 。 “等 发 现 了一 个 在棉 纤维 发 育过程 中 起 着 关 键调 节 作 用 的 类受 体 膜 蛋白激 酶 霷， 。 霷，

6、 是 一 种 疶 究 证明涉及 的 细 胞 信 号 传导可 能 涉及 激 活 和 维 持次 级细 胞 壁的 形 成 相 关 ， 。 孙 杰 等 克 隆 的 丝 解 聚因 子 ， 并 通 过抑制表 达 来 转 化 正 常 棉 花 植 株。 研究 发 现 殖 艱 微阵列 陆地棉 纤维次 生 壁 加 厚 期 基 因 表 达 谱分析 少 量 短纤维着 生 。 除此 之 外 ， 突 变 体的其 他 性 状与野 生 型相 同 。 自 此 ， 突 变 体被广 泛用 于 分离识别纤维优势 表 达 基 因 。 朱 玉 贤 等 通 过 芯片 在 陆地棉 徐 ， 赴 羌 芟 低 ， ； ， 、 氧 化 还原 相关

7、基 因 ， 毫 呀 饷 段 ， 次 生 壁 加 厚 的分子 机 制研 究 还 相对 较少 ， 。 ， 籄 狦 ， ； 高代 重组 近交 系 存 在显著差 异的鱿 底 魑 1 狙芯 康 牟 牧 希 叨狭 驯 惹慷 认咔縃，卜 陆地棉 纤维次 生 壁 加 厚 期 基 因 表 达 谱分析 实 验 前 准备 陆地棉 纤维次 生 壁加 厚 期 基 因表 达 谱分析表 母 液配 方 芯片杂 交和数 据处理本 研究采用由 北 京 大学和博 奥 生 物有限 公 司共 同 构 建 的棉 花全 基 因 组 芯 作 为技 术 重复。杂 交试验 。 从 而降 低 杂交 的 假 阳性率。而且， 用 陆地棉 纤维次 生

8、壁加 厚 期 基 因表 达 谱分析 功能 显 著性富 集分析 焖丁 研 究 生 学位论文引物 设 计 陆地棉 纤 维次 生 壁加 厚 期 基 因 表 达谱分析 篏 篏 篈 篊 篢 托 篏 膔臌 篈 高 比 强 系 甑钠骄 慷 任 捅 惹肯 平表 实 验材 料 四 年 的纤维品 质 平均表 现主 所 有 样品杂交 芯 片 扫描图 像 清晰， 背 景 平 均值 陆地棉纤维 次 生 壁 加 厚 期 基 因 表 达 谱 分析号 强 度值 焖秎 ： 研 究 生 学位论文莹之 间， 表 达 无差 异 。 量：嚣昌图 基 因表 达 模 式聚 类 分 析 陆地棉 纤维次 生 壁 加 厚 期 基 因表 达 谱分

9、 析 。其 中 ， 低 比 强材料 中 ， 的差异表 达 基 因数 目 大 约 是 和 图 差异 表 达基 因 统 计 分 析甆 入 螅 矶嗷虻 谋 泶 锬 娇 赡 芊 烁 谋 在 伸 长 期 高 表 达的 基 因 下 调为 了 从整 体 上 了 解 差异 表 达基 因 的 功能 特 征及 其与 棉 纤 维 发 育 调 控 过程 的 内在 陆地棉 纤 维 次 生 壁 加 厚 期 基 因 表 达谱分 析富 集 分 析 两 材料 相同 时 间点 差异 表 达基 因 显 著性富 集 分 析除 猓溆嗍 奔涞闵 系 牟 钜 毂 泶 锘 蛟 谏 锕 壁 合成 的 重 要 时 期 ，两 材料 在 该 时 期

10、 的 差异 表 达基 因 较 少，因 此显 著 富 集 的 差异 上 出 现了 显 著性富 集 。 这两 个生 物学过程 与 赤 霉素 胶酯 裂 解 酶 活 性等生 物学过程 ，这些基 因 主 要 与 纤 维 的 伸 长 有 关 ，；强 材料 此时 还 处 于 延 伸 阶 段 ，推 测 两 材料 的 纤 维 发 育 过程 不 同 步 。 表 高 比 强 偷 捅 惹相同 时 间 点 差异 表 达基 因 功能 显 著生 物学过程 陆地棉 纤 维 次 生 壁 加 厚 期 基 因 表 达谱分 析 ，比 如 内膜 系 统 緀 ，生 物学过程 缈 时 上 调 表 达基 因 的 分 析 时 上 调 表 达基

11、 因 的 分 析 ， 贖 中 ，富 集 到 的 所 包 含的 基 因 主 要 与 抗 氧化、 时 上 调 表 达基 因 的 分 析 时 上 调 表 达基 因 的 分 析高 比 强 材料 中 大量 编 码与 碳 水 化合物代 谢 过程 和次 生 壁 合成 相关 的 基 因 ，包 括 蝴。觔 ： 陆地棉 纤 维 次 生 壁 加 厚 期 基 因 表 达谱分 析 芯 片 数据结 果 可信。 宋 睾 铣 擅、 蔗 糖 合成酶 表 达 模 式蒸 推帐樱罂时； 蚓僻罂 棉花 纤 维 发 育 时 间 点罂 ： 注 ： 左 边 表 示 芯 片 结果 ，右边 表 示 结果 ； 沟 鞍，篏 ，小 附 岷 系鞍識 篐

12、劢 化 等 特 点 ，成为 后 基 因组 时 代 基 因功能 分析的重 要 技术之 一 。 基 因芯 片技术可 同 时检测 某 一 材料 在特 定 时 间组 织或某 一 发 育 阶 段 的基因表 达情 况 ，借助 统计 学、生物信息学等 数据 分析手 段 ，便于 从纷 繁 的表 达谱 数据 中 寻 找有 效 线索 开 展 后 续 深入 的定 性研究。 与传统分子 生物 学技术仅 能 检测 的单个 或少 数几 个 基 因表 达相 比，基 因芯 片能 更 全面地 反 映 和 预测 样 品某 一 发 育 阶 段 或特 定 组 织基 因相 应的生物 学机 制芯 片技术也得到 了 应用 并 取得了 一

13、系 列的研究成果 棉花纤 维 发 育 过 程 中 存 在大量 的差异 表 达基 因因在一 个 或多 个 发 育 时 间点 上存 在差 异 表 达 ，。 在本 研究中 ，大共 筛 选 到 差 异 表 达基 因个 ，占 芯 片基 因序 列的 ； 在低 比强材料 圣 ，糜 舛 縋 对 其表 达 量差 异 。 这 说 明 两材 料 的 棉 纤维发 育 进 程 可 能 是不 同步的 ，低 强材 料 进 入 次 生 壁 加 厚材 料 进 行 研究 也发 现高比强和 低 比强材 料 在 进 入 次 生 壁 加 厚 期 有 时间上 的 差 异 ， 狙 芯 坑 隚 等 的 研究 结果类 似。 由此 可 以 推测

14、 ，前人 研究 中发 现的 次 生 代谢相 关 基 因大多在 棉 纤维发 育 伸 长期 中上调 表 达 ，一 谆 R泼竘 甿 珻 、 细 胞 色 素 ， ， 等 通 过插 入 突 变 引起 木质素 基 因缺 失 ， 能 作 用 发 育 的关 系 均需 要进 一 步的研究 。作 为 重 要的分 子 开 关 ， 起着 许 多不同 的重 要细 胞 生理 作 用 ， 包 括基因 表 达 、成来 调 控 棉 纤维 次生壁 合 成、 水 稻 抗 病 反 应 、 细 胞 程序 性 死 亡 等 过程；白 ， 其 中 诿尴 宋 由 斐谙 虼 紊 诩 雍 衿 谥 高表 达 ， 其 后 在 次 表 达 量显著 高于

15、 低比 强材 料同一 时 期 表 达 量。依赖于 腞 聚 合酶与转录 后都 会严 重 下降 ，其分析认为这 一 现象 与 的 突 变 导 致 植物 激素 特 别是 生 长素 的 研 究 材料的 探 讨 分旨 洳 牧 先 禾 并 选 取 龃 硇 曰 蚪 杏 舛 縋 验证 ，明确了本实验的 芯片 数 据 可 靠。在此 基 础 上 ，利 用 软 件对 差 异 表 达 基 因 进 行功 能 富集 分析，得到 一 系 列 在纤维次 生 壁 加 厚 阶 段 特 异 表 达 的 基 因 ，通 过 对 比 两 材料基 因 表 达 的 差 异 ，得到 了一 些可 能 与棉 纤维强度 性 状 相 关 的 基 因

16、。本研 究 为深 入 挖 掘棉 纤维强度 发育 相 关 基 因 ，并 将 其用 于 改 良纤维品 质 奠定 了基 础 。利 用 高代 重 组 自 交 系 作 为材 料相 对 于 品 种 间或者 种 间 研 究 材料而言遗 传 背 景 更 为相 似 ，能 尽可 能 避 免 由 于 材料本身 遗 传 背 景 的不 同而产 生 的 差 异 。 纤维品 质 优 良，纤维强度 和早 熟 性 都 很突出，中棉 所 为黄 河 流域 推广的 抗虫 棉 品 种 。陆地棉 作 为目前 种 植最 为广泛 ，种 植面 积最 大的 栽培种 ，对 其棉 花 纤维发育 分子 机理 的 研 究 ，有 利 于 挖 掘自 身 优

17、 异 基 因 资 源并 将 其直 陆地棉 纤维次 生 壁 加 厚 期 基 因 表 达 谱分析参 考 文 献 ： 制影响 植 物 生 态学 报 ， ， ： 郏 盘 煺 妫 肅 岱臃 崛藁 橹 躌 棉 花 学 报 ， ，术 通 报 ， ， 孙 杰，李 园莉，夏 桂先 利 用荧 光 差 异 技术 规 模 化筛 选棉 纤维特异 表 达 基 因 生析 妒 垦 宦 畚腯 北 京：中 国 农业科 学 院， 诊的 基 因 型 差 异 及 对 纤维比 强度 的 影响 作 物 学 报 ， ， ： 张 文 静 ，周治国 次 生 壁 加 厚 过程中 影响棉 纤维素 合成 的 主要 生 理机 制 中 国农学 通 报 ， ： ， ： 纾 琈 琇 瓸 甋 琓 ， 瓽 陆地棉 纤维次 生