小麦基因组多倍体化后对环境适应性的分子机理研究

普通小麦(Triticum aestivum)又称面包小麦是全球广泛种植的最主要粮食作物之一,然而其种植驯化仅发生在1万年以前;原因在于小麦具有3个有遗传变异的祖先基因组ABD,使之有较大可塑性。然而来自多个基因组的部分同源基因(homoeolog)如何协调表达从而产生更好环境适应性的生物学机理不清楚。近1-2年小麦基因组测序取得重大进展,为研究该问题奠定了基础。本研究以六倍体中国春小麦为材料,采用RNA-seq深度测序和生物信息学分析法研究:1)正常和可控干旱情况下,小麦全株(分根、茎尖和叶片)的全转录组表达谱;2)基于SNP的部分同源基因组织特异性的表达与调控,研究基因组合并以后部分同源基因功能分化机制;3)干旱响应中的部分同源基因表达及功能分化,揭示干旱适应的多基因组内部动力和调节机制。为小麦的改育提供基因信息指导,阐释部分同源基因如何互作使多倍体具有更大适应优势的科学问题。

英文摘要

Triticum aestivum alsocalled bread wheat is one of the main crops globally while its domesticated wasonly 10000 years ago. One main reason is that the three ancient genomes AABBDDmerged in wheat which make hexaploid wheat plastic. However the mechanism of homoeologexpressionin allopolypoid genomes is not clear. Big progresses of wheat whole genomesequencing in recent 1-2 years make it possible. This study will use RNA-seqand bioinformatics to investigate 1). Deep RNA-seq profile of homoeolog gene moleculesin whole wheat seedlings (divided into roots, crowns and leaves) in normal anddrought conditions. 2). SNP discriminated homoeolog,originated from A or B or Dgenome, expression and regulation to understand homoelogs’ functionalization indifferent tissues, 3) homoeologs responses to drought and theirfunctionalization to reveal the force of genomes to adapt to drought. Theresearch will provide gene information for wheat improvement and explain thescientific question of how homoeologs make allopolyploidplants more adaptive.


现有成果 Acheivements:

我们采用深度转录组深度测序法检测全部植株(分为3大组织)中基因的表达和生物信息学分析的办法,发现了小麦全株不同部分对干旱相应的特异基因。进一步从基因组特有的SNP出发,检测基因的来源和表达,结果揭示了来源于不同基因组的同源基因在干旱中发挥不同的作用从而使基因组多倍化后的小麦具有更大的适应性。本研究中,我们开创了许多新思路和新生物信息分析方法。此成果在整理发表中。

图显示根中干旱响应的基因表达差异:在2的4次方(16倍)以上,Cr对照组,Dr干旱处理组



图为小麦中ABD基因组特异SNP的分析


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