干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 干旱和冷冻逆境下蒙古沙冬青基因表达的比较及重要候选抗逆基因的功能分析

Arid

	干旱和冷冻逆境下蒙古沙冬青基因表达的比较及重要候选抗逆基因的功能分析
	王茅雁; 王志林; 李连国; 林清芳; 高大中; 王从芳; 赵欢欢
完成单位	内蒙古农业大学
登记(发布)日期	2012
中文摘要	植物的抗寒抗旱性由多基因控制,目前有关其分子机制和抗逆基因研究已取得重要进展,但所用材料多数为拟南芥和水稻等非典型抗逆或不抗逆植物。蒙古沙冬青是内蒙古西部荒漠区唯一的常绿阔叶植物,具有很强的抗寒和抗旱特性。本课题在“国家自然科学基金项目(30960158)：干旱和冷冻逆境下蒙古沙冬青基因表达的比较及重要候选抗逆基因的功能分析”支持下,以蒙古沙冬青为材料,利用Illumina技术对蒙古沙冬青进行了转录组测序和冷冻及干旱诱导表达谱分析,并对部分候选抗逆基因进行了功能验证。本研究以蒙古沙冬青为材料,在构建全长cDNA文库和转录组测序的基础上,利用RNA-Seq技术分析了其在冷冻和干旱胁迫下的表达谱,冷冻和干旱胁迫文库的滴度分别为9.4×106和1.6×107 pfu /mL,重组率分别为98.3%和97.7%,插入片段长度多数接近1 kb。对近3500个克隆进行测序获得1500多条Unigene序列,其中900多条可在Nr等数据库中注释。利用Illumina技术进行转录组测序,获得47.3M Clean reads和8.6万条Unigene序列。其平均长度为756 nt,N50值为1279 nt。在Nr和TIGR Plant Transcript Assemblies等数据库中进行Blast搜索,有近5万条序列可获得功能注释,归属于44个GO Classes和125个KEGG pathways,在所有植物中与大豆序列相似性最高。通过表达谱分析,从冷冻和干旱胁迫不同时期分别筛选到大约4千和5千个差异表达基因(DEGs),其中响应两种胁迫的共有和特有基因各占大约一半。许多DEGs与已知的胁迫应答基因或抗逆基因具有同源性。对不同胁迫处理时期DEGs的交集进行表达模式聚类分析,发现绝大多数DEGs在胁迫处理期间表现为上调或下调两种表达模式。GO功能和KEGG pathway显著性富集分析表明,受两种胁迫共同调节的DEGs主要参与次生代谢物质合成、防御反应和脂肪酸及有机酸生物合成,而特有DEGs彼此不同：冷冻应答DEGs与氨基聚糖分解、脂类定位和质体及叶绿体关系密切,干旱应答DEGs则在小分子物质和有机酸生物合成及膜系统中起独特作用。利用RT-PCR方法克隆到7个候选抗逆基因的编码区cDNA,将其在拟南芥中超表达或诱导表达,证明其中3个基因,即AmDREB2、AmRD22和AmCAT可显著提高转基因株系的耐旱和/或耐盐性。本项目为揭示蒙古沙冬青抗寒抗旱性分子机理以及二者间的相似性和特异性提供了重要依据,为高通量发掘相关抗逆基因奠定了良好基础,为深入理解植物抗寒抗旱性分子机理提供了新知识。蒙古沙冬青低温和干旱诱导表达2个SMART全长cDNA文库、8万多条Unigene序列和数千条响应低温和/或干旱胁迫的差异表达基因,了解到这些差异基因富集的主要生物学过程、细胞组分和代谢或信号途径,以及该植物响应低温和/或干旱胁迫表达谱的相似性和特异性;鉴定出许多响应低温和/或干旱胁迫的共有及特有基因,包括转录因子、蛋白激酶、钙信号传感蛋白、激素相关蛋白和功能蛋白/酶的编码基因。这些结果为进一步从该植物挖掘关键耐寒耐旱基因、研究和揭示其耐寒耐旱性分子机理奠定了良好基础,希望能继续得到有关部门给以立项和资助,以便于开展相关研究工作。本研究目前在国内核心期刊已发表论文5篇,以撰写正在修改SCI论文1篇。
中文关键词	沙冬青 ; 抗寒抗旱 ; 全长cDNA ; 表达谱
成果类型	基础理论
中图法分类号	Q943.2
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001766196
来源机构	内蒙古农业大学
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/243100
推荐引用方式 GB/T 7714	王茅雁,王志林,李连国,等. 干旱和冷冻逆境下蒙古沙冬青基因表达的比较及重要候选抗逆基因的功能分析[Z]. 基础理论,2012.