轉錄組與 sRNA 測序揭示新合成異源六倍體小麥的雜種優勢

2015-12-18    編輯:諾禾致源
轉錄組與sRNA測序:揭示新合成異源六倍體小麥的雜種優勢

研究背景

染色體組多倍化在植物增強長勢、適應環境等方面具有重要作用,在彌補雜交后代不育及固化“雜種優勢”方面具有獨特的價值。多倍體植物中有多種重要的經濟作物,如糧食作物小麥為六倍體(2n=6X=42,AABBDD),纖維植物棉花為四倍體(2n=4X=52,AADD),產油植物油菜為四倍體(2n=4X=38,AACC),煙堿植物煙草為四倍體(2n=4X=48,AABB)等。因此,解析染色體組多倍化對作物性狀形成的作用機制具有重大的科研與生產價值。 小麥屬于禾本科植物,是世界分布最廣的糧食作物。本研究通過以四倍體小麥(T. turgidum, AABB)為母本,以山羊草(Ae. tauschii, DD)為父本,在自然雜交后經染色體加倍合成了一個新的異源六倍體小麥(AABBDD),其長勢和適應性等方面均超過其親本。新合成的異源六倍體小麥可看作是普通小麥(T. aestivum)的最初遺傳狀態,是研究異源雜交后代雜種優勢形成機理的良好材料。

方法流程

樣品取材

1. 異源六倍體小麥4個連續世代 (S1、S2、S3

和S4)及其親本

245棋牌2. 7d的幼苗、抽穗期的穗和開 花后11 d未成熟

的種子

文庫類型

1. 取自10 到12 個植物的樣本混合,提取RNA
2. TRIzol reagent,Dynabeads oligo (dT)富

集mRNA

測序策略

Illumina HiSeq 2000

主要分析

mRNA和miRNA的差異表達分析
miRNA的靶基因預測
GO和MapMan富集分析

研究結果

245棋牌1、新合成異源六倍體小麥絕大部分基因表現為加性表達,而只有少部分的基因表現為非加性,基因的非加性表現出非常強的發育時期特異性,與生長勢密切相關。

2、新合成異源六倍體小麥中很高一部分基因表現出親本顯性表達,基因的親本顯性表達不同組織存在差別,顯性基因富集的GO類別也存在差異(圖1)。

245棋牌3、部分同源基因的表達模式在新合成異源六倍體小麥中可能與親本保持一致,也可能不同甚至相反。

4、miRNA 的豐度隨著倍性的增加逐漸下降,miRNAs 和靶基因相關性分析表明miRNAs 直接作用新合成異源六倍體小麥的ELD 編碼基因,miRNA 與其靶基因的差異表達呈負相關(圖2)。新合成異源六倍體小麥中非加性表達的miRNA 也同樣表現出親本顯性表達(圖3),miRNA的表達敏感性與生長勢和適應性密切相關。

245棋牌5、siRNA 類別的穩定性可能與新合成異源六倍體小麥基因組穩定性密切相關,差異表達的siRNA 很可能通過表觀修飾調控新合成異源六倍體小麥部分同源基因的表達。

不同組織基因的親本顯性表達和顯性基因GO富集

245棋牌圖1  不同組織基因的親本顯性表達和顯性基因GO富集

 miRNA與其差異表達靶基因的相關性

圖2  miRNA與其差異表達靶基因的相關性

非加性表達miRNA與親本顯性表達miRNA的 等級聚類分析及兩者的關聯

圖3  非加性表達miRNA與親本顯性表達miRNA的 等級聚類分析及兩者的關聯