偶看新闻观察者模式解决什么:利用基因芯片研究水稻强弱势颖花异步灌浆分子机制
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/30 03:56:28
利用基因芯片研究水稻强弱势颖花异步灌浆分子机制
稻穗籽粒灌浆过程不是同步的，一个圆锥花序中颖花开花迟早与灌浆速率和粒充实率密切相关。先开的颖花（强势颖花）灌浆速率和粒充实率高；后开的颖花（弱势颖花）灌浆速率低，甚至不结颖果，因此弱势颖花低的灌浆速率严重影响和限制了“超级”水稻产量。水稻灌浆过程实际上是一个淀粉积累的过程，受脱落酸（ABA）和乙烯等激素的影响，然而强弱势颖花之间灌浆差异的出现是否与淀粉和激素合成相关基因的调控有关？有待于进一步研究。 华南农业大学朱国辉老师利用Affymetrix水稻芯片进行强弱势颖花之间基因的表达差异分析，发现淀粉合成、ABA和乙烯合成相关基因的检出信号均出现了2倍以上的差异变化，再结合分子生物学和生理生化实验系统研究了ABA和乙烯对淀粉合成基因调控的影响。该文章发表在2011年三月Journal of Experimental Botany杂志上。其中基因芯片技术服务由上海伯豪生物技术有限公司/生物芯片上海国家工程研究中心（www.ebioservice.com）完成。
一、基因芯片发现淀粉合成相关基因本研究中，朱国辉老师利用Affymetrix水稻基因芯片研究了强弱势颖花开花后3天和9天基因表达谱变化。在芯片中包含的51279个水稻转录本中，发现差异表达的基因与糖代谢、激素合成、信号转导、光合作用等功能相关。水稻籽粒灌浆是淀粉积累的过程，因此在籽粒灌浆中淀粉合成相关基因决定了粒重。在糖代谢中，与淀粉合成途径相关功能酶编码基因大部分已知。因此文章重点关注灌浆期淀粉合成基因的表达差异。对淀粉代谢相关差异表达基因进行聚类分析和半定量实验认为：SUS基因、UGPase 基因、AGPase 基因、GBSS基因、SSS基因、SBE基因、GPT1基因、BT1-2基因在籽粒灌浆速率和淀粉积累中有重要的作用。
图1. 水稻灌浆期淀粉代谢相关基因层次聚类分析Fig 1. Hierarchical clustering of starch metabolism-related genes of rice during grain ?lling二、基因芯片发现乙烯和脱落酸合成基因ABA和乙烯在籽粒灌浆期有着重要作用。使用基因芯片高通量检测强弱势颖花之间基因的表达谱变化结果中也发现了ABA和乙烯合成基因发生变化。利用qRT-PCR进一步证明弱势颖花在发育早期ABA和乙烯合成基因（NCED1、NCED5和ACO1、ACO3）表达水平高于强势颖花，且ABA和乙烯含量与基因表达水平一致。结合外源ABA和乙烯激素处理实验研究激素与淀粉合成之间关系发现低水平的乙烯含量对强势颖花籽粒灌浆至关重要，而ABA影响籽粒灌浆呈剂量依赖关系。
综上所述，该研究利用基因芯片检测强弱势颖花灌浆期的基因表达谱变化，发现淀粉代谢相关基因和植物激素基因等发生差异表达。结合生理生化和分子生物学实验进一步揭示了植物激素ABA和乙烯合成基因，淀粉代谢相关基因在异步灌浆过程中的重要作用。该研究对强弱势颖花异步灌浆机制研究和水稻分子育种具有重要意义。