论文摘要
玉米作为重要的粮食、饲料作物和生物能源材料,需求量较大,传统的观点认为,玉米高产的获得主要依靠大量氮肥的施用。世界范围内,相当一部分玉米种植在十分贫瘠的土壤上,氮素缺乏成为玉米生产最重要的限制因子之一;在施肥充裕地区,化学氮肥的长期大量施用使玉米生产成本提高、肥料利用率降低,由此带来的环境污染问题也日趋严重。利用玉米遗传多样性,选育高肥料利用效率新品种成为解决因肥料不足所带来的粮食生产问题和肥料利用率低所带来的环境污染问题的根本途径,阐明玉米氮素利用的分子机理是新品种选育的基础。目前,在玉米基因组水平上国内外对长期低硝酸盐处理条件下基因转录水平的研究尚属空白,因此,本研究以国内玉米育种中应用非常广泛的两个骨干自交系黄早四和Mol7为材料,从玉米已知基因组出发,利用基因芯片分析基因表达差异,并用实时荧光定量PCR技术验证芯片结果;对差异表达基因进行细胞信号传导分析和功能聚类。结果表明:1、苗期低硝酸盐处理条件下,Mol7叶片组织的上调表达基因数目明显高于黄早四。标准化处理后（2为底的对数）,Mol7中,硝酸盐诱导下显著上调表达基因为2,451个,黄早四为2,173个;以2为阈值比较发现,Mol7中620个基因表达上调,黄早四则为197,可能与Mol7比黄早四对氮素更敏感有关。2、苗期低硝酸盐处理对硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、铁氧还原蛋白Ⅵ以及硝酸盐转运蛋白等直接作用于氮代谢相关基因有一定程度的弱调控作用,遗传比值分别为:硝酸还原酶在Mol7和黄早四中均无变化,但在两材料中的信号值均在3000以上,即该基因在玉米代谢途径中高度表达,其中黄早四中的信号值强于Mol7,可能与黄早四的氮素利用效率高于Mol7有关;亚硝酸还原酶则在Mol7中的遗传比值为1.4,黄早四中无变化;铁氧还原蛋白Ⅵ在Mol7中的遗传比值为1.2,高于黄早四中的1.1;可能与硝酸盐对这些基因的调控具有短暂、快速等特点相关。3、苗期低硝酸盐处理对葡萄糖苷酶、甲基转移酶等间接作用于氮代谢的相关基因则表现出强调控作用。葡萄糖苷酶基因上调表达值在黄早四和Mol7中分别为3和3.5,即硝酸盐处理对该基因具有强正调控作用,且硝酸盐处理条件下其信号值比对照强,分别为:Mol7,1637.1/165.5;黄早四,3737.6/476.7;说明了硝酸盐诱导对该基因的强调控作用。低硝酸盐对光诱导蛋白基因的表达起抑制作用,遗传比值在黄早四和Mol7中分别为-2.9和-4;信号值比分别为:Mol7,141.1/1710.5;黄早四,807.5/4242.1。4、Mol7和黄早四等骨干玉米自交系苗期最佳硝酸盐供给浓度为0.015mol/L,叶绿素测定结果显示,在0-0.015mol/L范围内,叶绿素含量随硝酸盐浓度的增加而增加:当硝酸盐浓度大于0.015mol/L时则随硝酸盐浓度的增加叶绿素含量减少。不同材料相同处理浓度下的叶绿素含量比较发现,黄早四在各浓度下叶绿素含量均较Mol7高,但该浓度下的玉米氮素利用效率有待进一步研究。5、苗期硝酸盐处理对部分功能未知的基因如ezma:12507,mir3,ezma:14277等表现出强调控作用,其上、下调调控强度均达到4倍以上,且不同基因型材料间,调控表达幅度差异显著。生物学聚类发现,这些基因所编码的蛋白质以及它们在代谢途径中的具体功能均为未知。这些基因很可能与玉米氮素耐受性和利用效率有关,它们在氮代谢过程中的具体功能以及如何参与整个细胞信号传导途径,还需要进一步研究。
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相关论文文献
- [1].Mo17及其衍生系氮素利用效率研究[J]. 山东农业科学 2009(07)
- [2].玉米Mo17及其改良系单株产量遗传研究[J]. 吉林农业大学学报 2014(03)