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文献解读

集思慧远客户发表文章《比较转录组分析揭示籼稻苗期耐盐敏感基因型对盐胁迫的分子响应》

发布日期:2019-03-17 浏览次数:59

  今年2月,与集思慧远合作的客户在Scientific Reports杂志上发表了一篇题为"Comparative transcriptome analysis reveals molecular response to salinity stress of salt-tolerant and sensitive genotypes of indica rice at seedling stage"的文章,通过转录组测序及基因结构分析,为基因型间耐盐机制提供了基础。



  低温、干旱和盐碱化等非生物胁迫对植物的生长和生产力构成了极大的威胁。随着现代农业的发展,土壤盐分已成为一种环境。许多研究表明,土壤中过高的盐分会抑制植物根系的整体营养供应和元素吸收。水稻是起源于亚洲的禾本科植物,是世界上最重要的粮食作物之一。由于它的基因组相对较小,其也被认为是单子叶植物基因组研究的模型,并且水稻是一种无法摆脱环境压力的植物。因此,盐分胁迫是对水稻生产力的全球性威胁。全球变暖导致盐的持续入侵,势必会阻碍沿海地区和其他盐碱地区的水稻种植。


  在本研究中,为了全面了解盐胁迫对水稻的分子响应,对水稻幼苗叶片进行了转录组分析。本研究使用两个水稻亚种籼稻品种,包括耐盐基因型Xian156和盐敏感基因型IR28。在施盐后0h、48h和72h,从这两种基因型中获得了18个RNA文库,共鉴定了1,375个新基因和148,286个新基因结构的SNPs。栽培水稻有许多野生亲缘关系,其中一些亲缘关系已经利用基因组和转录组的高通量测序进行了研究,其中包括Oryza rufpogon Griff。本论文是第一个使用水稻亚种籼稻作为实验材料的转录组报告,这也是一种有价值且广泛分布的水稻亚种。此外还进行了GO分类和功能分析,以更好地理解盐胁迫响应DEGs的功能。这些基因主要参与激素和钙信号传导途径,转录因子,离子代谢和转移,氮代谢和次生代谢,这些因子盐胁迫作用下被富集。


  Figure 1. The symptoms of seedlings showed the salt tolerance of the rice sensitive IR28 genotype and the tolerant Xian156 genotype.

  图1敏感型IR28和耐盐型Xian156盐胁迫后的苗期症状


  在第一个24h,这两种基因型之间没有差异。经盐处理48h后,两种基因型均表现出萎蔫症状,而敏感型IR28与耐盐型Xian156相比更为明显。在72h时,耐盐基因型表现为中度萎蔫症状,敏感型IR28基因型表现为重度萎蔫症状(图1)。因此选择0h,48h和72h的时间点来表征基因表达以探索盐胁迫的可能分子机制。


  Figure 2. GO classification of newly identified genes in rice.

  图2 水稻新鉴定基因的GO分类


  为了深入了解新发现的水稻基因的功能,将这些基因与GO、Nr、SwissProt、KEGG和KOG数据库中的研究序列进行比较后,对这些基因进行注释,其中有969个新基因被注释到GO条目。在细胞组分中,涉及细胞部分(848)、细胞(822)和细胞器(782)的注释基因是最丰富的。生物过程最常见的三种类型是代谢过程(464)、细胞过程(449)和单个有机体过程(322)。在分子功能上,结合(418)、催化活性(391)是最丰富的。该分布比与所有已知水稻基因GO富集分析的比率相当一致。


  Figure3. The expression of validated miRNAs by qPCR.

  图3 用qPCR方法验证miRNAs的表达


  为了验证RNA-seq数据,选择三种基因用于通过qPCR进行分析。在受到盐胁迫48h后,BGIOSGA003836和BGIOSGA021937的表达量急剧下降,然后在72h后保持稳定。TIFY 10A基因(BGIOSGA031997)的表达模式在这两种基因型中是不同的,因为在盐胁迫48h后,其在耐盐品种中上调了3.6倍,而在敏感品种中下调了0.57倍。BGIOSGA031997的表达在耐盐品种中下降到对照表达的72h左右,而在敏感品种中表达略有上升(图3)。


  Figure 4. Genome-wide distributions of SNPs (A) and DEGs (B) in the rice genome.

  图4 水稻基因组中SNPs(A)和DEGs(B)的全基因组分布


  此外,该论文还研究了SNPs和DEGs的分布情况,以确定它们之间的相关性。相关性表明,这些SNPs可能与水稻染色体某些区域的盐胁迫耐受性有关。这些SNPs可用作分子标记,用于基于图谱的克隆和可能与耐盐性胁迫相关的基因功能表征。


  总之,该研究揭示了在盐胁迫适应期盐胁迫介导的信号转导途径。所鉴定的差异表达基因也可为水稻育种过程中选择耐盐育种材料提供参考。


  点击原文链接https://www.nature.com/articles/s41598-018-19984-w查看论文全文