玉米衰老相关基因的筛选与表达分析

论文摘要

作物的衰老是一个非常复杂的、由大量衰老相关基因（senescence-associated genes, SAGs）参与调节和控制的过程。衰老发生的早晚及持续时间与作物的产量及品质密切相关。玉米是我国最重要的粮饲两用作物之一，延缓玉米衰老的进程可以增加玉米产量和利于机械化收获；而对籽粒生育过程中相关基因的研究，能促进早熟玉米新品种的选育。因此，研究玉米衰老的遗传机制可以为选育适合机械化收获的玉米高产新品种提供有益的理论参考。本研究以我国目前生产上两个推广面积最大的玉米杂交种先玉335和郑单958及它们的亲本PH4CV、PH6WC、郑58和昌7-2为研究材料，利用荧光定量PCR技术，详细分析了叶片和籽粒在生育后期衰老相关基因的表达规律，以期筛选出衰老相关的基因进而服务于玉米育种实践。本研究的主要实验结果和结论如下：1、从玉米雄穗散粉开始至植株衰老死亡期间在田间分别取植株的穗三叶，对衰老相关基因SGR1和SGR2在叶片中的表达规律进行了研究，结果表明两个叶绿体绿色保持基因SGR1和SGR2在杂交种先玉335和郑单958及其对应亲本自交系穗三叶的表达随着生育期的延长整体上呈现上升趋势，其中先玉335及其亲本的SGR1的表达在散粉后20d有一个小的表达高峰，而昌7-2材料SGR2的表达在散粉后20d也有一个小的表达高峰；2、本研究的两个杂交种材料的生产表现上，先玉335在后期叶片持绿性表现比郑单958要好。通过对其后期持绿性基因表达规律的研究和分析发现，先玉335的基因表达量要比郑单958高，并且穗上叶、穗上叶在散粉后20d、35d、40d，穗位叶在散粉后20d、40d两个材料SGR1表达差异达到显著水平，在SGR2的表达分析中，穗上叶、穗位叶在散粉后20d、35d、40d表达差异达到显著水平;3、在侯选的衰老诱导表达的基因中，SAP1和SAP2是两个蛋白降解酶基因，通过对其表达规律的研究和分析发现，两个基因在衰老期间的表达随着叶片的发育呈现有规律性的变化，它们的表达随着生育期延长而增长，属于上调表达的基因。叶片的衰老伴随着物质的代谢，蛋白损失是其普遍的特征之一，通过分析这些蛋白降解酶的表达，寻找可能调控因子，是认识和控制衰老的一个重要办法；4、以不同生长发育时期的籽粒为材料，详细研究了3个影响籽粒发育的基因SAG1、SAG2和SAG3的表达规律，结果表明SAG1基表达差异达到显著水平，基因的表达产物随着籽粒的发育而降低，而SAG2和SAG3两个基因则在籽粒的成熟过程中表达量呈现上升的趋势。

论文目录

• 致谢
• 目录
• 摘要
• 第一部分 文献综述
• 1.1 玉米衰老的研究意义
• 1.2 衰老与老化
• 1.3 衰老与物质代谢
• 1.3.1 叶绿素
• 1.3.2 蛋白质
• 1.3.3 核酸
• 1.3.4 脂类
• 1.3.5 活性氧代谢
• 1.4 衰老的机制
• 1.4.1 营养胁迫假说
• 1.4.2 衰老因子假说
• 1.4.3 激素调节假说
• 1.4.4 细胞程序性死亡假说
• 1.4.5 氧自由基理论
• 1.5 衰老的重要调节物质
• 1.5.1 乙烯
• 1.5.2 脱落酸
• 1.5.3 生长素
• 1.5.4 细胞分裂素
• 1.5.5 赤霉素
• 1.5.6 多胺
• 1.5.7 钙离子
• 1.6 衰老有关的分子研究
• 1.7 荧光定量 PCR 技术
• 1.7.1 荧光定量 PCR 与普通 PCR 的主要区别
• 1.7.2 荧光定量 PCR 的基本概念
• 1.7.2.1 扩增曲线
• 1.7.2.2 标准曲线
• 1.7.2.3 荧光阈值
• 1.7.2.4 Ct 值
• 1.7.3 荧光定量 PCR 的基本概念
• 1.7.3.1 荧光定量 PCR 的数学原理
• 1.7.3.2 荧光定量 PCR 的化学原理
• 1.7.3.2.1 非特异性荧光定量 PCR（以 SYBR Green 为例）
• 1.7.3.2.2 特异性荧光定量 PCR 方法（以 Taqman 为例）
• 1.7.3.2.3 相对定量解析方法
• 1.7.3.2.4 荧光定量 PCR 的应用
• 第二部分 引言
• 第三部分 材料和方法
• 3.1 试验材料
• 3.2 取样方法
• 3.3 RNA 的提取和 cDNA 的合成
• 3.3.1 试剂以及耗材的准备
• 3.3.2 Trizol 提取试剂盒提取高质量的 RNA
• 3.3.3 RNA 的质量检测
• 3.3.4 RT-PCR 合成 c-DNA
• 3.4 实时荧光定量分析
• 3.4.1 定量引物的设计
• 3.4.2 反应体系的优化
• 3.4.3 荧光定量 PCR
• 第四部分 结果与分析
• 4.1 玉米叶片及胚总 RNA 的质量检测
• 4.2 PCR 扩增效果
• 4.3 叶片衰老相关基因的表达分析
• 4.3.1 叶片持绿性基因的表达分析
• 4.3.2 叶片中蛋白降解酶基因表达分析
• 4.3.3 玉米籽粒衰老相关的基因表达分析
• 4.3.4 其它一些玉米籽粒衰老相关的基因表达分析
• 第五部分 结论与讨论
• 5.1 叶片持绿性基因的表达研究
• 5.2 叶片中 SARs 的表达分析
• 5.3 籽粒中 SAGs 的表达分析
• 5.4 本研究结果在育种中的应用前景
• 参考文献
• ABSTRACT