一个与拟南芥渗透胁迫响应有关的未知功能基因的初步研究

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AT5G45480是拟南芥(Arabidopsis thaliana)第5号染色体上的一个功能未知的基因,根据现有生物信息学推测,它属于一个基因家族的成员,该基因家族包含8个功能完全未知的基因,这些基因均具有多个跨膜结构域,家族成员之间保守区域的同源性较高。本文以哥伦比亚野生型Col-0为对照材料,研究了该基因的T-DNA插入突变体CS859633对渗透胁迫的响应;以Illumina Hiseq2000为技术平台,对渗透胁迫处理的突变体和野生型进行高通量测序,通过对差异表达基因的分析初步推断基因AT5G45480的功能。研究结果如下:  1、分别提取野生型和突变体CS859633幼苗的DNA和RNA,通过PCR和RT-PCR对T-DNA插入突变体CS859633进行纯合体鉴定。  2、分别在1/2 MS、1/2MS+300mM甘露醇和1/2MS+100mM NaCl条件下培养野生型和突变体CS859633,观察其表型并于第4天和第7天记录种子萌发率和幼苗根长。结果显示,与野生型相比,在1/2 MS+300 mM甘露醇和1/2MS+100mM NaCl处理条件下,突变体种子萌发率分别只有野生型的21.3%和16.1%(第四天)、42.7%和41.7%(第7天);幼苗根长分别降低了42.5%和63.2%(第4天)、33.8%和61.8%(第7天)。结果表明与野生型相比突变体对渗透胁迫更敏感。  3、分别对1/2 MS、1/2 MS+300 mM甘露醇培养条件下的野生型和突变体根系进行RNA文库构建并进行高通量测序,获得约4584万条原始读长(reads),其质量值Q20高达97.38%,测序质量合格。经数据去杂后得到3507万条cleanreads,最大碱基数(正常培养条件下的野生型,约5.3亿)为拟南芥基因组碱基数(约1亿)的5.3倍。  4、将测序结果比对到参考基因组上,mapping比率高达98.36%,得到33557个基因和41621个转录本。对4组样品的基因表达量(或转录本)进行两两比对,获得差异基因(或差异转录本)情况为:对照组野生型VS突变体有20(15)个、处理组野生型VS突变体有234(196)个、处理组野生型VS对照组野生型有409(354)个、处理组突变体VS对照组突变体有354(273)个。  5、对4组差异基因(或差异转录本)进行GO功能注释,得到差异基因的生物学功能。分析差异基因功能分类得知,拟南芥对渗透胁迫的应答主要通过物质合成、物质运输及相关蛋白的表达和活性的调控实现,其次是通过改变细胞结构和细胞组成成分来实现。  6、对4组差异基因(或差异转录本)进行KEGG pathway注释,根据差异基因参与的生物学过程得出结论,在面对渗透胁迫时,拟南芥通过过氧化物酶的合成以消除氧化环境,渗调物质合成和积累以提高抗逆性,逆境蛋白合成及基因表达量的调节,信号转导以串联多个应激反应等生物学过程共同实现抵抗逆境的目的。  通过分析野生型和突变体根系对渗透胁迫在基因表达水平上的响应,初步推断基因AT5G45480的功能与渗透胁迫的应答有关,可能通过调解过氧化物酶活性或基因表达来行使其生物学功能。
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