论文部分内容阅读
干旱是影响玉米产量的重要因素。玉米若长期处于干旱胁迫下,其生长将会受到抑制,最终导致减产。尽管已经克隆了一些抗旱基因,但是玉米幼苗在干旱以及复水条件下的转录组动态变化模式依然不清楚。为解析玉米幼苗在干旱和复水条件下的基因表达变化,以玉米自交系B73为研究材料,分析其在干旱和复水处理下的生理表型变化,基因表达变化以及与此相关的生物学途径。通过转录组数据分析,本研究共鉴定了 6107个干旱以及复水响应基因,包括37个转录因子家族。本研究对VQ蛋白基因做了进一步分析,发现大部分VQ蛋白基因（57/61）响应干旱胁迫,qRT-PCR结果表明玉米VQ蛋白基因（41/61）响应氯化钠处理,并且接近一半的VQ蛋白基因和WRKY转录因子共表达。对干旱和复水响应基因进行功能富集分析,发现其主要富集于50个生物学途径,其中包括光合作用,碳代谢,氧化还原活性,营养物质代谢以及其它的生物学途径。进一步分析了植物光合作用,细胞壁发育相关基因,结果表明大部分基因在干旱条件下表达量降低。另外,实验结果表明干旱处理下的玉米幼苗体内赤霉素含量降低,脱落酸含量升高。研究鉴定的差异表达基因,尤其是转录因子,可作为玉米抗旱育种的重要目标基因。本研究还分析了微生物CRISPR-Cas系统,其核心组分Cas蛋白通过结合向导RNA来干扰外来核酸。通过整合微生物基因组以及宏基因组数据,本研究共挖掘了 3426个非冗余Cas9蛋白。并根据已报道的具有DNA切割活性的Cas9蛋白,共鉴定到20个保守氨基酸位点,其全部位于DNA切割功能域上。根据以上保守位点,我们鉴定到1550个保守Cas9蛋白并进一步筛选到5个分子量比较小的Cas9蛋白。另外,本研究还鉴定了两个新的CRISPR-Cas RNA编辑系统,即Cas13e和Cas13f。这两个家族分别编码含有两个HEPN功能域的效应蛋白。生物化学实验验证了来自Reichenbachiella agariperforans的Cas13e和来自宏基因组的Cas13f（泵房环境）具有pre-crRNA切割活性。Cas13e和Cas13f是否具有目标RNA切割活性和其具体的作用机制还需要进一步的研究。