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    孕穗期低溫脅迫下寒地水稻轉(zhuǎn)錄組分析

    2024-12-31 00:00:00郭震華馬文東潘國(guó)君杜曉東周雪松陸文靜蔡麗君劉傳雪馮延江
    江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2024年19期
    關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)錄組寒地水稻

    摘要:為了明確寒地水稻孕穗期低溫應(yīng)答機(jī)制,以孕穗期耐冷性差異較大的龍粳25、龍粳11水稻品種為材料,對(duì)幼穗穎花開展轉(zhuǎn)錄組測(cè)序研究。結(jié)果表明,在龍粳11中共檢測(cè)到9 468個(gè)差異表達(dá)基因(DEG),在龍粳25中共檢測(cè)到6 784個(gè)DEG。其中3 508個(gè)DEG為二者共同表達(dá),3 276個(gè)DEG在龍粳25中特異表達(dá)。GO富集分析表明,龍粳25、龍粳11的共有DEG主要富集在生物進(jìn)程調(diào)控、氧化還原反應(yīng)、非生物刺激應(yīng)答等類別中,KEGG通路主要富集在植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、碳代謝、淀粉蔗糖代謝等途徑。而龍粳25的特有DEG多富集在生物進(jìn)程調(diào)控、非生物刺激應(yīng)答、氧化還原反應(yīng)進(jìn)程等類別,KEGG通路主要富集在植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工、苯丙烷合成等途徑。綜上表明,寒地水稻對(duì)孕穗期的低溫應(yīng)答是一個(gè)復(fù)雜過程,包含多個(gè)代謝調(diào)控途徑及多個(gè)相應(yīng)基因。

    關(guān)鍵詞:寒地;水稻;轉(zhuǎn)錄組;孕穗期低溫

    中圖分類號(hào):S511.01" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

    文章編號(hào):1002-1302(2024)19-0034-07

    收稿日期:2023-10-31

    基金項(xiàng)目:黑龍江省博士后面上資助項(xiàng)目(編號(hào):LBH-Z21027);黑龍江省省屬科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(編號(hào):CZKYF2023-1-C007、CZKYF2021-2-C002);黑龍江省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新跨越工程重大需求科技創(chuàng)新攻關(guān)項(xiàng)目(編號(hào):CX23ZD01);黑龍江省自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年項(xiàng)目(編號(hào):YQ2021C033)。

    作者簡(jiǎn)介:郭震華(1985—),男,內(nèi)蒙古集寧人,博士,副研究員,主要從事水稻分子育種研究。E-mail:hljsdsgzh@163.com。

    通信作者:劉傳雪,碩士,研究員,主要從事水稻育種研究,E-mail:liuchuanxue2007@163.com;馮延江,博士,研究員,主要從事水稻育種栽培研究,E-mail:zixuanfeng2008@163.com。

    水稻是全世界最重要的糧食作物之一[1,全球一半以上的人口以水稻為主食。水稻起源地多為熱帶或亞熱帶地區(qū),因此對(duì)低溫十分敏感。通常認(rèn)為,秈稻低于18 ℃,粳稻低于15 ℃,就會(huì)對(duì)其正常生長(zhǎng)造成不利影響[2。目前,水稻冷害已然成為世界性問題,其中尤以日本、韓國(guó)及我國(guó)東北稻區(qū)最為突出[3。黑龍江省地處我國(guó)最北部,屬于寒地稻作區(qū),是世界水稻栽培的北限,年平均氣溫為全國(guó)最低;低溫冷害是限制黑龍江水稻安全生產(chǎn)的重要因素。

    水稻在全生育期內(nèi)都可能受到低溫冷害的威脅。孕穗期是花粉形成的關(guān)鍵時(shí)期,若遭受低溫會(huì)直接影響花粉發(fā)育,造成花粉不育或花粉管無法萌發(fā),導(dǎo)致結(jié)實(shí)率下降,最終造成水稻減產(chǎn)[4。具體來說,以減數(shù)分裂期對(duì)低溫最為敏感;若此時(shí)遭遇低溫,水稻花粉壁上的絨氈層細(xì)胞不能正常降解,影響淀粉在花粉中的正常轉(zhuǎn)運(yùn),花粉發(fā)育所需的能量供給不足,最終造成花粉敗育5-6

    低溫脅迫除對(duì)結(jié)實(shí)率等直觀表型有影響外,對(duì)作物各方面生理功能都會(huì)造成一系列的影響,包括光合作用、能量代謝、滲透調(diào)節(jié)、過氧化物酶系統(tǒng)保護(hù)等[7-8。其中涉及到的不同代謝途徑中多個(gè)調(diào)控基因,均被報(bào)道在低溫脅迫應(yīng)答中起到不同的作用。Ctb1則是第1個(gè)通過圖位克隆得到的水稻孕穗期耐冷調(diào)控基因,該基因編碼1個(gè)F-box蛋白,通過與E3泛素連接酶亞基Skp1間的互作,來啟動(dòng)耐冷應(yīng)答反應(yīng)[9。Osmyb4被稱作水稻耐冷應(yīng)答的總開關(guān),低溫脅迫下正向調(diào)控下游多個(gè)基因的表達(dá)[10。過氧化物酶基因OsPOX1、抗壞血酸過氧化物酶基因OsAPXa、過氧化氫酶基因OsCATC等均受低溫誘導(dǎo)[11-13。

    轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)是近年來在基因芯片、基因表達(dá)譜等技術(shù)上發(fā)展起來的新一代測(cè)序技術(shù)。與之前的測(cè)序方法相比,轉(zhuǎn)錄組測(cè)序通量高,能夠快速全面地對(duì)某一物種的特定組織或器官在某一特定狀態(tài)下進(jìn)行全轉(zhuǎn)錄本測(cè)序分析。目前此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用在多種作物中[14-16。在水稻低溫脅迫應(yīng)答方面,亦有眾多相關(guān)報(bào)道17-18。本研究針對(duì)黑龍江的生態(tài)類型和氣候條件,以當(dāng)?shù)卦兴肫谀屠湫圆町愝^大的粳稻品種龍粳25(耐冷)、龍粳11(不耐冷)作為研究對(duì)象,通過在孕穗期低溫脅迫下的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析,進(jìn)一步闡明黑龍江水稻孕穗期耐冷性的遺傳調(diào)控分子機(jī)制,探索發(fā)掘寒地水稻孕穗期耐冷調(diào)控基因,以期為后續(xù)耐冷分子育種提供理論參考。

    1 材料與方法

    1.1 試驗(yàn)材料

    試驗(yàn)材料為黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所育成并提供的龍粳25、龍粳11,二者均為黑龍江省第三積溫區(qū)適宜種植品種,孕穗期耐冷性差異明顯。

    1.2 材料種植

    本研究采用盆栽試驗(yàn)。試驗(yàn)地點(diǎn)為黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所(下簡(jiǎn)稱水稻所)田間試驗(yàn)場(chǎng)。盆栽所需土壤均采自水稻所田間。土壤進(jìn)行干燥粉碎并過篩混勻后,裝入直徑34 cm、高35 cm的塑料桶中,每桶裝干土量約為12 kg。試驗(yàn)材料于2018年4月20日播種,待生長(zhǎng)到3葉1心時(shí)(5月15日),挑選長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗移栽至塑料桶中,每桶均勻栽植15株。每品種分別種植12桶,各取6桶作為對(duì)照。生長(zhǎng)過程中,為保證各單株生育進(jìn)程一致,所有材料均不留分蘗,只留主莖。孕穗期判定依據(jù)Sato等的方法[12,略作改動(dòng)。當(dāng)劍葉與倒2葉的葉枕距達(dá)-4~0 cm時(shí),即認(rèn)為其進(jìn)入孕穗期,并對(duì)該單株掛牌標(biāo)記。將同時(shí)進(jìn)入孕穗期的試驗(yàn)材料搬至光照培養(yǎng)箱(HPG-280,哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司生產(chǎn))中,12 ℃低溫持續(xù)處理 2 d,相對(duì)濕度為75%,光—暗周期設(shè)定為8 h—16 h。低溫處理結(jié)束后,將試驗(yàn)材料移至正常環(huán)境生長(zhǎng)至成熟。收獲時(shí)計(jì)算結(jié)實(shí)率。

    1.3 材料取樣及RNA抽提

    取水稻穎花作為試驗(yàn)材料進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析。分別在未處理和低溫處理2 d的龍粳25、龍粳11中選取生育進(jìn)程一致的水稻主莖,剝出幼穗,取幼穗上1/3的穎花,從中挑取長(zhǎng)度為3~5 mm 的穎花,稱重約0.5 g,錫箔紙包裹,過液氮迅速冷凍,于-80 ℃保存,每處理重復(fù)3次。RNA抽提采用Trizol試劑盒(Thermo Fisher Scientific公司生產(chǎn))的,方法參照試劑盒提取說明,RNA的純凈和完整程度通過瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)。

    1.4 文庫(kù)構(gòu)建及測(cè)序

    文庫(kù)構(gòu)建及轉(zhuǎn)錄組測(cè)序委托北京百邁克生物技術(shù)有限公司(www.biomarker.com.cn)進(jìn)行。文庫(kù)構(gòu)建完成后,對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)合格后的文庫(kù)按照目標(biāo)下機(jī)數(shù)據(jù)量進(jìn)行pooling,用Illumina HiSeq 2500平臺(tái)根據(jù)操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)序,產(chǎn)生 150 bp 的雙端reads。

    1.5 測(cè)序數(shù)據(jù)過濾及組裝

    測(cè)序后下機(jī)產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)(Raw Data)通常以FASTQ格式提供。過濾掉包含接頭的低質(zhì)量數(shù)據(jù)后即為可用數(shù)據(jù)(clean reads),通過Q20、Q30、GC 含量以及序列重復(fù)水平等參數(shù)來評(píng)估所得可用數(shù)據(jù)能否用于進(jìn)一步分析。以O(shè)ryza sativa L. ssp. japonica (Oryza sativa IRGSP-1.0)作為本試驗(yàn)水稻的參考基因組,通過TopHat2將可用數(shù)據(jù)比對(duì)到參考基因組上。以FPKM 值判定轉(zhuǎn)錄本或基因表達(dá)水平。

    1.6 差異表達(dá)基因的篩選及生物信息學(xué)分析

    通過DEGseq2軟件分析基因表達(dá)水平。參數(shù)設(shè)置具體為|log2 Fold Change (FC)|≥1,1 discovery rate (FDR)≤0.01。GO功能分類中基因以及基因數(shù)目的篩選是基于GO數(shù)據(jù)庫(kù)(http://www.geneontology.org/)的映射完成。GO功能富集是通過GOSeq R軟件包,以Wallenius 非中心超幾何分布檢驗(yàn)進(jìn)行分析。KEGG Pathway 的富集分析是通過KOBAS軟件(http://kobas.cbi.pku.edu.cn/home.do)進(jìn)行。GO及KEGG的富集標(biāo)準(zhǔn)皆為P≤0.01。

    1.7 差異表達(dá)基因的qRT-PCR分析

    選用Thermo Fisher Scientific公司的Trizol試劑盒,分別對(duì)龍粳25、龍粳11在處理前(0 d)和處理后(2 d)的穎花進(jìn)行抽提RNA,穎花選取部位及方法同“1.3”節(jié)。純化后的RNA通過 HiScript Q RT SuperMix for qPCR試劑盒反轉(zhuǎn)錄合成 cDNA。選取表達(dá)差異大的基因,通過primer3軟件設(shè)計(jì)qRT-PCR引物(表1),以actin為內(nèi)參。qRT-PCR反應(yīng)在ABI 7500 qPCR thermal cycler (Applied Biosystems Inc.,Carlsbad,CA,USA)儀器上運(yùn)行,重復(fù)3次,通過2-ΔΔCT法計(jì)算基因的相對(duì)表達(dá)量變化。

    1.8 數(shù)據(jù)處理

    用WPS Office分析數(shù)據(jù),用SPSS 22.0進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(α=0.05),用GraphPad Prism 9.0作圖。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 孕穗期低溫下結(jié)實(shí)率變化

    孕穗期低溫直接影響水稻的結(jié)實(shí)率。通過對(duì)龍粳25、龍粳11在孕穗期進(jìn)行12 ℃低溫處理2 d,由圖1可以看出,未經(jīng)過低溫處理時(shí),龍粳25、龍粳11的結(jié)實(shí)率分別為94.5%、93.05%,二者間未有明顯差異。當(dāng)?shù)蜏靥幚? d后,龍粳25的結(jié)實(shí)率為89.27% 較對(duì)照未有明顯降低。而龍粳11在低溫處理2 d后,結(jié)實(shí)率降為37.85%,較對(duì)照呈極顯著降低??梢钥闯?,龍粳25、龍粳11在正常環(huán)境中結(jié)實(shí)率沒有明顯差異,低溫是造成二者結(jié)實(shí)率差異的原因,并且龍粳25的孕穗期耐冷性要明顯強(qiáng)于龍粳11。

    2.2 測(cè)序結(jié)果組裝分析

    本研究通過對(duì)龍粳25、龍粳11低溫處理2 d的穎花進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析,共構(gòu)建12個(gè)文庫(kù),去掉raw reads,共得到689.23 Mb的clean reads,GC含量為54.52%~56.58%,Q30均高于91.10%,平均81.70%的clean reads比對(duì)到參考基因組上(表2)。以上結(jié)果表明,龍粳25、龍粳11的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序質(zhì)量較高,可以繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)分析。

    2.3 差異表達(dá)基因識(shí)別與分析

    低溫處理下,基因的表達(dá)量會(huì)根據(jù)自身對(duì)低溫的敏感程度發(fā)生相應(yīng)變化,其差異表達(dá)程度可反映對(duì)低溫的敏感度。因此,在數(shù)據(jù)質(zhì)控分析之后,進(jìn)一步對(duì)差異表達(dá)基因(differentially expressed gene,DEG)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。由圖2-a可知,以|log2 FC|≥1,F(xiàn)DR≤0.01為篩選閾值,在龍粳11中,低溫處理2 d后共有9 468個(gè)DEG,其中包括上調(diào)表達(dá)基因 4 915 個(gè)、下調(diào)表達(dá)基因4 553個(gè)。而在龍粳25中,低溫處理2 d后共有6 784個(gè)基因的表達(dá)量發(fā)生變化,其中包括上調(diào)表達(dá)基因3 499個(gè)、下調(diào)表達(dá)基因 3 285 個(gè)(圖2-b)。進(jìn)一步通過韋恩圖(圖2-c)分析可以看出,龍粳25、龍粳11共有的DEG數(shù)目為3 508個(gè),而龍粳25、龍粳11中特有的DEG分別為3 276、5 960個(gè)。結(jié)果表明,低溫處理2 d后,龍粳11的DEG數(shù)目明顯多于龍粳25,表明龍粳11對(duì)低溫更為敏感,低溫反應(yīng)更加明顯。

    2.4 差異表達(dá)基因的GO富集分析

    通過分析DEG的韋恩圖,發(fā)現(xiàn)有3 508個(gè)DEG是龍粳25、龍粳11在低溫處理后共有的,而在龍粳25中有3 276個(gè)DEG是其低溫下特有的。為近一步明確其功能分類,對(duì)這些基因分別展開GO富集分析。通過對(duì)二者共有的DEG進(jìn)行GO分析,以KS≤0.01為篩選標(biāo)準(zhǔn),生物進(jìn)程、細(xì)胞組分、分子功能的GO功能類別明顯富集到的類別分為95、20、41條。圖3-a分別列出每個(gè)類別中含有基因數(shù)最多的前20條terms。生物進(jìn)程方面,主要富集在生物進(jìn)程調(diào)控(GO:0050789,631個(gè)DEG)、氧化還原反應(yīng)(GO:0055114,301個(gè)DEG)、非生物刺激應(yīng)答(GO:0009628,302個(gè)DEG)、蛋白磷酸化(GO:0006468,279個(gè)DEG)等類別中。細(xì)胞組分方面,主要富集在膜(GO:0016020,967個(gè)DEG)、細(xì)胞質(zhì)膜包圍的囊泡(GO:0016023,773個(gè)DEG)、原生質(zhì)膜(GO:0005886,427個(gè)DEG)、細(xì)胞核(GO:0005634,382個(gè)DEG)等類別中。在分子功能方面,主要富集在ATP結(jié)合功能(GO:0005524,439個(gè)DEG)、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性(GO:0004674,211個(gè)DEG)、轉(zhuǎn)運(yùn)活性(GO:0005215,189個(gè)DEG)、序列特異性DNA結(jié)合轉(zhuǎn)錄(GO:0003700,156個(gè)DEG)等類別中。

    由于龍粳25具有孕穗期強(qiáng)耐冷性,為了發(fā)現(xiàn)其低溫下特有的功能類別,對(duì)其特有的DEG進(jìn)行GO富集分析。同樣以KS≤0.01為篩選標(biāo)準(zhǔn),明顯富集到的生物進(jìn)程、細(xì)胞組分、分子功能的GO功能類別分別為67、24、32條。由圖3-b可見,在生物進(jìn)程方面,龍粳25特有基因多富集在生物進(jìn)程調(diào)控(GO:0019222,226個(gè)DEG)、非生物刺激應(yīng)答(GO:0009628,222個(gè)DEG)、氧化還原反應(yīng)(GO:0055114,215個(gè)DEG)、碳水化合物代謝過程(GO:0005975,176個(gè)DEG)等類別中。在細(xì)胞組分方面,龍粳25特有基因富集最多的前4條類別與龍粳25、龍粳11共有基因富集的類別相同,而所包含的基因數(shù)則分別為723、613、324、289個(gè)。在分子功能方面,龍粳25特有基因主要富集在絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(GO:0004674,158個(gè)DEG)、序列特異性DNA結(jié)合轉(zhuǎn)錄(GO:0003700,90個(gè)DEG)、轉(zhuǎn)移酶活性/轉(zhuǎn)移糖基(GO:0016757,81個(gè)DEG)、血紅素結(jié)合部位(GO:0020037,69個(gè)DEG)等類別中。

    2.5 差異表達(dá)基因的KEGG富集分析

    為近一步探明低溫對(duì)寒地水稻代謝途徑的影響,更加明確地闡釋DEG的生物學(xué)功能,對(duì)龍粳25、龍粳11低溫處理下共有的DEG以及龍粳25特有的DEG分別進(jìn)行KEGG富集分析。結(jié)果表明,二者共有的3 508個(gè)DEG明顯富集到112個(gè)KEGG通路中。通過列出富集程度最高的前20個(gè)通路(圖4-a)可以看出,DEG主要富集在植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(ko04075,46個(gè)DEG,富集因子1.81)、碳代謝(ko01200,44個(gè)DEG,富集因子1.61)、淀粉蔗糖代謝(ko00500,43個(gè)DEG,富集因子1.86)、苯丙烷合成(ko00940,35個(gè)DEG,富集因子1.61)、糖酵解/糖原異生通路(ko00010,33個(gè)DEG,富集因子2.67)等途徑。而在龍粳25特有的DEG中,共富集到110個(gè)KEGG通路中。同樣列出富集程度最高的前20個(gè)通路,DEG多富集在植物激素與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(ko04075,41個(gè)DEG,富集因子1.94)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工(ko04141,34個(gè)DEG,富集因子1.61)、苯丙烷合成(ko00940,32個(gè)DEG,富集因子1.76)、氨基糖和核酸糖代謝(ko00520,21個(gè)DEG,富集因子1.87)、谷胱甘肽代謝(ko00480,17個(gè)DEG,富集因子2.10)等通路中(圖4-b)。綜合比較2個(gè)部分KEGG通路,發(fā)現(xiàn)植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(ko04075)在龍粳25、龍粳11共有DEG及龍粳25特有DEG中都被明顯富集到含DEG均為最多的通路,表明這條通路在寒地水稻低溫脅迫應(yīng)答中起著重要的作用。

    2.6 差異表達(dá)基因的qRT-PCR驗(yàn)證

    為驗(yàn)證轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果的準(zhǔn)確性,從測(cè)序結(jié)果中隨機(jī)選取6個(gè)表達(dá)差異大的基因進(jìn)行qRT-PCR分析。分別以龍粳11未做低溫處理時(shí)的各個(gè)基因表達(dá)量作為對(duì)照(相對(duì)表達(dá)量為1),qRT-PCR結(jié)果表明,經(jīng)過低溫處理后2個(gè)品種的6個(gè)基因表達(dá)均產(chǎn)生差異變化;與轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果相比,雖然基因表達(dá)量的變幅與轉(zhuǎn)錄組結(jié)果不盡一致,但變化趨勢(shì)與轉(zhuǎn)錄測(cè)序結(jié)果均一致,證實(shí)了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果的準(zhǔn)確性及可靠性(圖5)。

    3 結(jié)論與討論

    本研究通過RNA-seq技術(shù)對(duì)寒地水稻低溫下展開轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,比較2個(gè)品種低溫脅迫后的差異表達(dá)基因。研究結(jié)果表明,低溫脅迫后,龍粳11的DEG為9 468個(gè),龍粳25為6 784個(gè);低溫處理后,龍粳11的DEG明顯多于龍粳25,表明龍粳11對(duì)低溫更加敏感,而龍粳25對(duì)低溫則表現(xiàn)出更強(qiáng)的耐受性,這也可以從二者在低溫下的結(jié)實(shí)率得到驗(yàn)證。GO富集分析發(fā)現(xiàn),低溫脅迫下,生物進(jìn)程調(diào)控、氧化還原反應(yīng)、非生物刺激應(yīng)答、蛋白磷酸化等GO類別的反應(yīng)比較大。KEGG富集分析得出,檸檬烯和蒎烯的降解、糖酵解/糖異生、半乳糖代謝、(角質(zhì)、木質(zhì)、蠟質(zhì))生物合成、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等途徑在低溫脅迫后富集的程度最高。以上分析表明,低溫對(duì)寒地水稻的影響涉及到生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)方面,包括各類復(fù)雜的新陳代謝變化。

    本研究所用的材料為孕穗期耐冷的龍粳25和不耐冷的龍粳11,在探究寒地水稻特有的低溫應(yīng)答防御機(jī)制及相關(guān)基因時(shí),龍粳25特有的DEG及其GO類別值得進(jìn)一步深入研究。本研究中,龍粳25富集到67條生物進(jìn)程、24條細(xì)胞組分、32條分子功能類別。由于生物進(jìn)程能夠直接反映生物體生長(zhǎng)發(fā)育情況,對(duì)此類別展開分析。氧化還原反應(yīng)進(jìn)程不但在二者共有的DEG中得到明顯富集,并且在龍粳25特有的DEG中也被明顯富集,表明此GO類別在寒地水稻低溫應(yīng)答中起重要作用。

    植物體內(nèi)源激素雖然含量很低,但是在生物脅迫、非生物脅迫等眾多脅迫因子方面起到積極的防衛(wèi)作用[19。目前研究較多的激素包括脫落酸(ABA)、赤霉素(GA)、生長(zhǎng)素(IAA)、乙烯(ETH)、水楊酸(SA)、茉莉酸(JA)、細(xì)胞分裂素(CK)、油菜素內(nèi)酯(BR)等[20。而IAA、ABA、ETH等激素在水稻低溫應(yīng)答中起積極作用[21-22。本研究中,植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在龍粳11、龍粳25共有的DEG以及龍粳25特有的DEG都被明顯富集,且含有基因數(shù)也是最多的,表明此通路在寒地水稻低溫應(yīng)答中同樣起關(guān)鍵調(diào)控作用,這一結(jié)果也與前人研究結(jié)果[23一致。

    低溫脅迫會(huì)對(duì)水稻植株的正常生長(zhǎng)產(chǎn)生各種生理及分子調(diào)控機(jī)制方面的影響;水稻通過自身調(diào)整,盡可能適應(yīng)溫度脅迫,以保持其正常生長(zhǎng)[24-25。黑龍江地處寒稻作區(qū),由于其特殊的地理環(huán)境及生態(tài)類型,低溫是寒地水稻正常生長(zhǎng)的重要限制因子[26。本研究以寒地水稻孕穗期耐冷差異明顯的品種龍粳25、龍粳11為研究材料,在前人對(duì)其結(jié)實(shí)率研究的基礎(chǔ)上,對(duì)低溫脅迫下穎花進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析。通過差異表達(dá)基因分析,發(fā)現(xiàn)龍粳11的DEG數(shù)量明顯多于龍粳25,表明龍粳11對(duì)低溫反應(yīng)更為敏感。GO、KEGG分析表明,氧化還原反應(yīng)進(jìn)程、低溫應(yīng)答、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等眾多GO類別及KEGG通路均參與到低溫脅迫應(yīng)答中。此外,通過qRT-PCR驗(yàn)證,驗(yàn)證了RNA-seq結(jié)果的準(zhǔn)確性,期待本研究結(jié)果對(duì)寒地水稻孕穗期耐冷的分子遺傳調(diào)控機(jī)理的解析有一定的推動(dòng)作用。

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