盐胁迫对水稻基因表达及染色质结构动态变化影响的研究

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水稻作为人类淀粉的主要摄取来源，是全球重要的粮食作物之一，它在农业生产中具有举足轻重的地位。随着世界人口不断增加，水稻的需求量日渐上涨，然而干旱、盐以及重金属等非生物胁迫却严重影响到水稻产量，并且呈明显上升趋势，其中盐胁迫由于盐碱地的不断蔓延，目前这种趋势变得更为突出，因此进行水稻盐胁迫响应机制研究将有利于人们对水稻耐盐分子机理的认识，最终有利于水稻耐盐分子育种。本研究利用RNA-seq技术，对正常和盐胁迫处理水稻的叶片和根进行转录组分析，旨在探究盐胁迫对全基因组水平基因表达的影响，进而有利于水稻耐盐标记的筛选和应用;同时为后期鉴定盐响应的启动子和增强子等功能性DNA元件打下基础。为进一步探究染色质结构水平上的变化是如何影响盐胁迫响应基因的差异表达情况，本研究还对上述水稻两种组织分别进行组蛋白修饰相关的ChIP-seq分析，所用的组蛋白相关的抗体为H3K4/27/36me3，H3K9/27ac和H4K12ac，该分析一方面有利于探究盐胁迫引起染色质结构变化情况，同时揭示各组蛋白修饰与基因差异表达的关系，从而从染色体结构变化方面来解释水稻耐盐的表观分子机制。本论文取得的主要研究结果如下: 1.盐胁迫引起叶和根出现显著差异表达（差异倍数大于或等于1）的基因总数分别为3，652和4，112个。其中，叶中上调基因1，852个，下调基因1，800个，与胁迫相关基因约占62.36％;根中上调基因2，327个，下调基因1，785个，与胁迫相关的基因约为54.47％。 2.盐胁迫在全基因组水平引起组蛋白修饰状态变化，并且部分变化具有明显的组织间特异性。例如叶中的变化主要集中于外显子、内含子以及基因间区，其中组蛋白H3K4/36me3的变化peak主要发生在外显子和内含子之间，组蛋白H3K27me3和H3K4/9/27ac的变化peak主要发生在外显子和基因间区之间;相比之下，根中变化主要发生在启动子、外显子及基因间区之间。 3.叶中组蛋白修饰影响基因差异表达主要是两类模式，一类是影响整体差异基因表达，例如组蛋白修饰H3K/4/9/27ac以及H4K12ac;二类是影响部分差异基因表达，例如组蛋白修饰H3K4/36me3。 4.在两种组织中，综合考虑6种组蛋白修饰形成的染色体状态变化，我们发现只有在特定的染色体状态才有利于基因上调或下调表达，并且以两种不同的分布方式影响相应基因的差异表达。

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作者
王磊;
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作者单位

南京农业大学;

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授予单位南京农业大学;
学科作物学；作物遗传育种
授予学位硕士
导师姓名张文利;
年度 2017
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类基础医学;
关键词
盐胁迫; 水稻; 基因表达; 染色质结构; 动态变化;

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