干旱胁迫对玉米幼苗表达谱影响

干旱是世界范围内不可避免的农业灾害之一，每年因干旱造成的农业损失位居各类农业灾害之首。玉米是重要的粮食、经济和饲料作物，也是旱地作物中需水量最大、对干旱比较敏感的作物之一。在漫长的进化过程中，玉米形成了一套感受干旱信号和传导干旱信息的系统，并通过一系列生理生化或发育机制来适应或者抵御干旱胁迫。科学认识玉米应对干旱胁迫的分子反应机制对于玉米耐旱性能改良具有重要理论意义。随着现代生物信息学与基因组学的发展，RNA高通量测序已逐步成为研究基因表达谱的重要工具。本研究采用数字基因表达谱(DGE)技术，研究了玉米幼苗植株在干旱胁迫下基因表达谱的变化情况，并运用实时荧光定量PCR方法对表达谱的部分测序结果进行了验证。主要实验结果如下： 1.利用PEG6000对玉米幼苗植株进行干旱胁迫，结果表明：在25%的PEG胁迫下玉米幼苗植株几乎全部萎焉，在20%PEG胁迫下玉米幼苗形态指标既受到影响，但又能完成生长。基于此结果，把20%PEG浓度确定为处理玉米幼苗植株的最佳浓度。 2.利用DGE技术对玉米幼苗RNA进行测序，结果表明：在20%PEG胁迫0.5h、6h、48h后，分别获得683、2857和1438个差异表达基因，其中286、1524、801个基因表达上调，397、1333、637个基因表达下调。除0.5h胁迫外，其它两个胁迫时间点中表达量上调基因皆多于下调表达的基因，且在6h差异表达基因最多。 3.通过GO功能分析，发现PEG胁迫0.5h、6h、48h这3个时间点下参与基因最多的三个GO本体主要为：细胞位置涉及最多的都是细胞组分、细胞膜、细胞器；分子功能方面主要涉及催化活性、结合、离子绑定、阳离子结合、转移酶活性、小分子结合、水解酶活性等；主要参与细胞过程、细胞代谢过程、初级代谢过程、大分子代谢过程、刺激反应、氮代谢等生物学过程。 4.通过对0.5h、6h、48h的Pathway路径分析，参与干旱应激反应基因较多的路径都是代谢路径、次生代谢产物的合成、植物与病原物的相互作用、植物激素信号转导、苯丙生物合成、苯丙氨酸代谢、二芳香基庚酸类和姜酚的生物合成、淀粉和蔗糖代谢、黄酮类化合物的生物合成、以及在内质网上的蛋白加工等过程。通过对3个不同胁迫时间下差异表达基因的分析，表明玉米对PEG胁迫反应是一个多基因参与、多个生物过程协同调控的过程，基因表达量的变化可能是调控的主要方式，但基因表达量差异较大的基因也不能忽略。 5.随机选取12个差异表达基因，利用实时荧光定量PCR方法对其进行检测，将样品根与叶的RNA等量混合后，12个差异基因的表达量变化与表达谱测序结果相一致，说明表达谱测序的结果准确可靠。 总之，通过对DGE测序的表达谱结果进行差异解析，本研究发现了许多玉米幼苗植株响应干旱胁迫的基因、GO条目及Pathway富集通路。本项研究为揭示植物响应干旱胁迫的分子机制提供了一定的理论依据，并为今后克隆干旱胁迫相关基因提供了重要资源。