利用基因芯片分析小麦春化过程中茎尖基因表达谱的研究

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1、山东农业大学博士学位论文利用基因芯片分析小麦春化过程中茎尖基因表达谱的研究姓名：王甲威申请学位级别：博士专业：发育生物学指导教师：张宪省;赵翔宇20090608山东农业大学博士学位论文利用基因芯片分析小麦春化过程中茎尖基因表达谱的研究专业：发育生物学指导教师：张宪省教授赵翔宇副教授博士研究生：王甲威摘要春化作用对冬小麦(TriticumaestivumL。)的开花时间以及穗发育均有重要影响，研究小麦春化作用的分子机制对小麦的引种、栽培等生产环节具有重要的指导意义。本研究以小偃6号小麦为材料，利用基因芯片技术检测了春化不

2、同时期茎尖的基因表达谱。以芯片数据为基础，分析了小麦中己知春化相关基因、MADS．box类基因以及组蛋白修饰和DNA甲基化相关基因在春化处理和未春化处理的茎尖和叶片中的表达模式。根据芯片中基因表达量的变化，筛选出部分候选基因并进行序列克隆，通过异源转化拟南芥初步鉴定其功能。1．春化过程中小麦茎尖的基因表达谱分析利用SAM(SignificanceAnalysisofMicroarrays)软件对芯片数据进行分析，在FDR(FalseDiscoveryRate)

3、观察结果，我们筛选到在春化作用关键时期发生显著变化的探针233组，并对其进行了功能分类。春化过程中发生显著变化的基因主要有：蛋白激酶、蛋白氧化还原酶及氨基酸转移酶相关基因(上调24个，下调11个)，基因表达调控的相关基因(其中上调19个，下调14个)，部分逆境胁迫基因及膜结合蛋白基因。推测这些基因参与了小麦茎尖响应春化信号的过程。2．己知小麦春化相关基因的表达模式通过对芯片数据的挖掘，找到了已知小麦春化相关基因VRNl、VRN2和VRN3的探针，利用qRT-PCR技术检测了这些基因在春化和未春化处理的小麦茎尖及叶片中的

4、表达水平。结果显示，春化处理后VRNl在茎尖和叶片中均被诱导表达，未春化处理的茎尖和叶片中该基因的表达量较低；VRN2在春化和未春化处理的茎尖中表达量均较低，利用基因芯片分析小麦春化过程中茎尖基因表达谱的研究而在未春化处理的叶片中的表达量较高；在春化和未春化处理的茎尖和叶片中都没有检测到VRN3的mRNA积累。我们的实验结果支持了VRNl是小麦中响应春化处理并影响茎尖发育命运的关键基因这一假说。3．MADS-box类基因可能在小麦春化作用中起到了重要作用通过对芯片数据的分析，发现部分MADS．box基因在春化处理过程中

5、的表达变化显著，进一步检测了这些基因在春化处理和未春化处理的茎尖以及叶片中的表达模式。我们发现，TaMADSl和TaAGL32在茎尖中具有与VRNl相似的表达模式，春化处理能够诱导这两个基因的表达。根据其表达模式，我们推测TaMADSI和TaAGL32可能与VRNl、WFL共同作用，促进了小麦茎尖在春化过程中的成花转变。此外，春化处理能够抑制TaAGLl、TaAGLll、TaAGLl3和TaAGL41在茎尖中的表达，说明这些基因的功能可能是抑制小麦茎尖的成花转变，而春化处理能够解除这种抑制。4．组蛋白修饰和DNA甲基化

6、相关基因可能参与了小麦春化作用的过程我们检测了小麦中组蛋白修饰和DNA甲基化相关基因在春化处理和未春化处理的茎尖及叶片中的表达模式。结果显示，春化处理能够抑制TaVILl、TaVIL2、TaHAT2、TaHDAC3、TaCMT3和TaMBDl在茎尖的表达，推测这些基因参与了小麦茎尖响应春化处理并进行成花转变过程中的基因表达调控。5．过表达TaAP2推迟了拟南芥的开花时间在发生显著变化的233组探针中，我们选取了6个转录因子基因进行克隆，并转化拟南芥，研究其对拟南芥开花时间的影响。研究发现，过表达俐彪能够延迟拟南芥在长日

7、照下的开花时间，而春化处理能够抑制这个基因在茎尖的表达，因此，我们认为这个基因的功能可能是抑制小麦茎尖的成花转变。综上所述，本研究以基因芯片分析为切入点，筛选在春化过程中小麦茎尖表达显著变化的基因，并检测了部分基因在春化处理和未春化处理的茎尖及叶片中的表达模式。通过对其表达模式的分析，我们认为MADS．box类基因(VRNl、VRN2、TaMADSl、TaAGL32、VRT2、TaAGLl、TaAGLll、TaAGLl3和TaAGL41等)在小麦茎尖响应春化处理并影响茎尖发育命运的过程中起到了关键作用，同时组蛋白修饰和

8、DNA甲基化相关基因也参与了小麦春化过程中茎尖的基因表达调控。关键词：春化作用：小麦；茎尖：基因芯片：表达谱；MADS．box2山东农业大学博士学位论文Microarray—basedAnalysisofGeneExpressionProfilesintheShootApexofWheatduringVernalizationMa