转录组与 sRNA 测序揭示新合成异源六倍体小麦的杂种优势

2015-12-18    编辑:诺禾致源
转录组与sRNA测序:揭示新合成异源六倍体小麦的杂种优势

研究背景

染色体组多倍化在植物增强长势、适应环境等方面具有重要作用,在弥补杂交后代不育及固化“杂种优势”方面具有独特的价值。多倍体植物中有多种重要的经济作物,如粮食作物小麦为六倍体(2n=6X=42,AABBDD),纤维植物棉花为四倍体(2n=4X=52,AADD),产油植物油菜为四倍体(2n=4X=38,AACC),烟碱植物烟草为四倍体(2n=4X=48,AABB)等。因此,解析染色体组多倍化对作物性状形成的作用机制具有重大的科研与生产价值。 小麦属于禾本科植物,是世界分布最广的粮食作物。本研究通过以四倍体小麦(T. turgidum, AABB)为母本,以山羊草(Ae. tauschii, DD)为父本,在自然杂交后经染色体加倍合成了一个新的异源六倍体小麦(AABBDD),其长势和适应性等方面均超过其亲本。新合成的异源六倍体小麦可看作是普通小麦(T. aestivum)的最初遗传状态,是研究异源杂交后代杂种优势形成机理的良好材料。

方法流程

样品取材

1. 异源六倍体小麦4个连续世代 (S1、S2、S3

和S4)及其亲本

2. 7d的幼苗、抽穗期的穗和开 花后11 d未成熟

的种子

文库类型

1. 取自10 到12 个植物的样本混合,提取RNA
2. TRIzol reagent,Dynabeads oligo (dT)富

集mRNA

测序策略

Illumina HiSeq 2000

主要分析

mRNA和miRNA的差异表达分析
miRNA的靶基因预测
GO和MapMan富集分析

研究结果

1、新合成异源六倍体小麦绝大部分基因表现为加性表达,而只有少部分的基因表现为非加性,基因的非加性表现出非常强的发育时期特异性,与生长势密切相关。

2、新合成异源六倍体小麦中很高一部分基因表现出亲本显性表达,基因的亲本显性表达不同组织存在差别,显性基因富集的GO类别也存在差异(图1)。

3、部分同源基因的表达模式在新合成异源六倍体小麦中可能与亲本保持一致,也可能不同甚至相反。

4、miRNA 的丰度随着倍性的增加逐渐下降,miRNAs 和靶基因相关性分析表明miRNAs 直接作用新合成异源六倍体小麦的ELD 编码基因,miRNA 与其靶基因的差异表达呈负相关(图2)。新合成异源六倍体小麦中非加性表达的miRNA 也同样表现出亲本显性表达(图3),miRNA的表达敏感性与生长势和适应性密切相关。

5、siRNA 类别的稳定性可能与新合成异源六倍体小麦基因组稳定性密切相关,差异表达的siRNA 很可能通过表观修饰调控新合成异源六倍体小麦部分同源基因的表达。

不同组织基因的亲本显性表达和显性基因GO富集

图1  不同组织基因的亲本显性表达和显性基因GO富集

 miRNA与其差异表达靶基因的相关性

图2  miRNA与其差异表达靶基因的相关性

非加性表达miRNA与亲本显性表达miRNA的 等级聚类分析及两者的关联

图3  非加性表达miRNA与亲本显性表达miRNA的 等级聚类分析及两者的关联