谷子低氮脅迫轉(zhuǎn)錄組分析及SiMYB3基因特性與功能鑒定.pdf

1、氮素是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一。谷子具有抗旱、耐貧瘠、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，是單子葉作物抗逆研究的理想材料之一。目前，有關(guān)谷子低氮脅迫相關(guān)基因的研究未見報(bào)道。轉(zhuǎn)錄因子在植物基因表達(dá)調(diào)控過(guò)程中扮演重要角色，至今雖然已經(jīng)報(bào)道了一些與低氮脅迫相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，但是參與植物低氮脅迫響應(yīng)的MYB(Myeloblastosis)家族成員少見報(bào)道。本研究通過(guò)對(duì)谷子低氮處理的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行分析，篩選出一個(gè)MYB類轉(zhuǎn)錄因子基因SiMYB3，對(duì)該基因的特性及功

2、能進(jìn)行了鑒定。主要研究結(jié)果如下:
　　1.谷子低氮脅迫轉(zhuǎn)錄組分析。通過(guò)對(duì)耐低氮谷子品種鄭204正常及低氮處理的表達(dá)譜進(jìn)行分析，共得到1889個(gè)差異表達(dá)基因，其中1317個(gè)基因表達(dá)上調(diào)，572個(gè)基因表達(dá)下調(diào);GO功能分類將這些差異表達(dá)基因分為生物過(guò)程(746)、細(xì)胞組分(873)和分子功能(948)三類，在分子功能方面，差異表達(dá)基因在轉(zhuǎn)錄功能條目上富集的基因較多;1103個(gè)差異表達(dá)基因被注釋到113個(gè)信號(hào)通路中，包括次生代謝物質(zhì)的合

3、成、激素信號(hào)傳導(dǎo)等途徑。74個(gè)差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子基因（上調(diào)58個(gè)/下調(diào)16個(gè)）包括MYB（上調(diào)20/下調(diào)5）、bZIP（上調(diào)7/下調(diào)1）、WRKY（上調(diào)6/下調(diào)2）、AP2（上調(diào)3/下調(diào)4）等基因家族，其中，MYB家族基因數(shù)量最多，推測(cè)該家族基因在谷子低氮脅迫響應(yīng)過(guò)程中發(fā)揮重要作用，因此，本研究針對(duì)差異表達(dá)MYB類基因進(jìn)行了進(jìn)一步分析。另外，在處理前、后測(cè)序結(jié)果中分別發(fā)現(xiàn)13466和15095個(gè)新轉(zhuǎn)錄本，為谷子低氮脅迫響應(yīng)新基因的挖掘打下

4、基礎(chǔ)。
　　2.谷子低氮脅迫響應(yīng)MYB基因家族特性分析。在25個(gè)MYB類轉(zhuǎn)錄因子基因中，20個(gè)基因表達(dá)上調(diào)，5個(gè)基因表達(dá)下調(diào)，分別命名為SiMYB1-25。序列同源性分析表明，這些SiMYB基因之間的核苷酸和氨基酸序列長(zhǎng)度變化較大，蛋白的平均分子量為32.70 kD，各成員蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)在5.06～9.42之間。系統(tǒng)進(jìn)化樹分析表明，25個(gè)SiMYB基因分為R2R3-type MYB和MYB1R兩個(gè)亞族。R2R3-type MYB亞

5、族所有基因都具有兩個(gè)HTH結(jié)構(gòu)域;MYB1R亞族只有一個(gè)HTH結(jié)構(gòu)域，基因結(jié)構(gòu)又可分為GroupⅡA和GroupⅡB兩組。SiMYB基因不均勻的定位在谷子的9條染色體上，其中，第2條染色體上的SiMYB1和iMYB7位置相距較近，推測(cè)這兩個(gè)基因可能在進(jìn)化過(guò)程中發(fā)生了染色體內(nèi)基因復(fù)制事件。
　　3.SiMYB3基因特性及功能分析。在低氮脅迫響應(yīng)的25個(gè)MYB類轉(zhuǎn)錄因子基因中，上調(diào)表達(dá)量較高的是SiMYB1-SiMYB4。其中，我們發(fā)

6、現(xiàn)SiMYB3不僅響應(yīng)低氮脅迫（上調(diào)10.2倍），而且在低磷及低鉀脅迫中也分別上調(diào)4.3和6.2倍，證明SiMYB3在谷子低營(yíng)養(yǎng)脅迫響應(yīng)過(guò)程中發(fā)揮重要的作用。SiMYB3屬于R2R3-type MYB亞族，編碼的蛋白定位在細(xì)胞核，主要在根部表達(dá)?；蚬δ芊治霰砻?，過(guò)表達(dá)SiMYB3擬南芥在低氮、低磷和低鉀脅迫條件下根系顯著比WT發(fā)達(dá)，積累的生物量顯著高于WT;該基因通過(guò)促進(jìn)與氮、磷、鉀吸收利用等相關(guān)基因的表達(dá)，從而提高了轉(zhuǎn)基因植株對(duì)低氮