茶树在冷驯化过程中的全基因表达谱.doc

《茶树在冷驯化过程中的全基因表达谱.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、茶树在冷驯化过程中的全基因表达谱摘要：茶树需要进行冷驯化过程来增强其在冬季的抗寒性。我们对于茶树在低温下分子水平方面的改变知之甚少。为了阐明冷驯化的分子机制，我们采用RNA测序和数字基因表达技术（DGE）来研究在茶树冷驯化过程中的全基因组表达谱。使用Illumina公司测序平台，我们获得了约5735万的RNA序列读取。这些读取组合成转录谱，平均长度为365bp，N50的平均长度为529bp。总的来说，1770个差异表达的转录被确定，其中1168个上调表达和602个下调表达。这些包括一组冷传感器或信号转导基因，冷反应转录因子基因，等离子体膜稳定相关基因，化学反应应答基因和解毒酶基因。DG

2、E和定量RT-PCR分析进一步证实RNA序列分析结果，通路分析表明在茶树冷胁迫的反应中“碳水化合物的代谢途径”和“钙信号通路”可能发挥重要作用。针对茶树对于低温，非结冰温度的反应我们的研究提出了转录谱的全面调查和茶树在寒冷驯化过程分子机制在产量的见解的全面调查。它也可以作为耐冷性相关研究的宝贵资源，有助于提高对于冷相关基因耐低温和植物与环境的相互作用的理解。关键词：茶树；冷驯化；RNA序列；全基因组表达谱1.绪论低温是温带植物在其生命周期必须应对的最重要的环境因素之一。有些植物在暴露于低温但不结冰的温度下生存一段时间之后可以提高他们的抗冻性，这个过程被称为冷驯化（CA）[1]。CA是一

3、个复杂的过程，涉及到细胞、生理、代谢和分子修饰。当植物感知寒冷温度的时候，一系列的保护机制被引发[2-4]。这些包括重置蜂窝框架、等离子体的结构和功能的交替组成、合成抗冻剂的分子如可溶性糖，糖醇和低分子量的含氮化合物、降低自由水含量的比值、提高活性氧（ROS）的清除作用、并引入抗冻蛋白。这些变化帮助植物在低温下维持物质和能量的代谢平衡。对于上述的变化报道了一组冷相关基因[2-7]。此外，在大范围植物物种冷驯化中基因表达的改变已经被证明了，数百的冷诱导基因也已经确定了[8]。茶是世界上最流行的非酒精性饮料，而且茶树是中国，印度，斯里兰卡，肯尼亚等其他国家最重要的经济作物之一[9]。作为一

4、种常绿木本植物，茶树可以在热带和亚热带气候生长。由于气候变化，茶树必须应对冬季的低温。低温是一个最关键的环境因素，可以限制其增长，生存和地理分布[10]。因此，寻求提高植物对低温抗性的方法是很重要的。像其他多年生常绿木本作物，在冷驯化过程中，茶树的抗寒性随着温度的降低而增强，随着温度的增加而减小。先前的研究表明，当平均气温下降到7°C左右，茶树经过CA进程，并在平均气温增加超过9°C，茶树启动驯化过程[11]。在茶树冷驯化过程中很少有集中于细胞，生理和代谢变化的研究。当茶树经过CA过程，增加栅栏组织厚度和增强细胞膜的稳定性。此外，胞浆和束缚水比的浓度，细胞膜上的不饱和脂肪酸和总蛋白量，

5、叶片可溶性蛋白的含量都增加了。同时，一些解毒酶的活性增加了，如过氧化氢酶（CAT），超氧化物歧化酶（SOD），过氧化物酶（POD）和酯酶（EST），而代谢活性降低[11]。茶树中一些冷诱导基因已被克隆[13,14]。作为一个复杂的生物现象，茶树抵抗低温的能力被一系列复杂调控网络基因调控[15]。使用“组学”的研究策略去理解茶树CA机构是提高茶叶产量和地理分布的关键。RNA序列是最近开发的方法，它是使用大规模并行测序策略生成的转录谱。它已成为高通量序列测定的一种有效方法，能够空前地提高效率和基因发现的速度[16,17]。数字基因表达（DGE）是一种基于标签根据短标签所产生的核酸内切酶的测

6、序方法。基因在样本中的表达水平是通过计算每个转录组生成的标签数量而衡量的[18]。这项研究表明，使用RNA序列和DGE相结合的方式研究茶树的转录谱的首次尝试，从而获得一个更深入的CA的分子机制。从茶树中产生的转录谱不仅有助于深入了解参与冷驯化过程的基因，也提高了我们对植物与环境的相互作用的理解。2.材料与方法2.1耐低温试验和RNA的制备茶树品种（L.）O.KuntzeCV，龙井43种在中国国家种质库（CNGHTR）杭州茶茶叶研究所，中国农业科学院。2010年10月开始，到2011年3月被选定在每10–15天（当平均温度高于15°C）摘取完整的成熟的叶子。所有的样品用去离子水冲洗并且分

7、为两个部分，一部分采用液氮在−80°C存储快速冻结，另一部分使用电解液泄漏试验评价耐低温。纯植物提取试剂盒被用来进行总RNA提取，Agilent2100生物分析仪被用来RNA完整性测试其完整价值至少为8。低温耐受性从叶子的样品中测定了，叶子样品电解液泄漏检测与以前的研究类似。简而言之，叶子用去离子水冲洗。叶样品（直径5mm）用打孔机和叶的中脉中排除。叶子样品（0.5g）被放置在封闭含有去离子水20毫升的小瓶，分别在25°C在旋转摇床摇24h。然