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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 黃瓜性別決定相關(guān)基因表達(dá)譜分析及重要基因克隆
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 本研究以黃瓜全雌突變體Csg-G及其野生型Csg-M為材料利用新一代solexa測(cè)序技術(shù)其轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了研究。系統(tǒng)分析性器官原基發(fā)育過程中相關(guān)基因表達(dá)的時(shí)空特異性，選擇上調(diào)和下調(diào)差異表達(dá)的基因，建立黃瓜性別決定基因表達(dá)譜和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并分析其功能特征，
- 詳細(xì)介紹：
- 為了充分展示黃瓜性別決定過程中基因的表達(dá)情況，了解其中的分子生物學(xué)過程以及鑒定在這一階段表現(xiàn)出的性別決定相關(guān)基因，本研究以黃瓜全雌突變體Csg-G及其野生型Csg-M為材料，利用新一代測(cè)序技術(shù)Solexa對(duì)其轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了研究。利用Solexa高通量測(cè)序技術(shù)進(jìn)行表達(dá)譜研究的優(yōu)勢(shì)很明顯，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）數(shù)字化信號(hào)：直接測(cè)定每個(gè)基因的特異性表達(dá)標(biāo)簽序列，通過計(jì)數(shù)表達(dá)標(biāo)簽序列的數(shù)目來(lái)確定該基因的表達(dá)量，大大提高了定量分析的準(zhǔn)確度；（2）高靈敏度：對(duì)于表達(dá)差異不大的基因能夠靈敏的檢測(cè)其表達(dá)差異，能夠檢測(cè)出低豐度的表達(dá)基因；（3）全基因組分析，高性價(jià)比：由于該技術(shù)不用事先設(shè)計(jì)探針，而是直接測(cè)序的方式，因此無(wú)需了解物種基因信息，可以直接對(duì)任何物種進(jìn)行包括未知基因在內(nèi)的全基因組表達(dá)譜分析，因此性價(jià)比很高通過Solexa測(cè)序，我們分別在Csg-G及Csg-M上獲得了14734120和14562864個(gè)TAG序列，并把其中40%和41.83%的TAG序列注釋到了參考基因。后續(xù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)驗(yàn)證表明，RT-PCR結(jié)果與Solexa的一致性為88.9%，QRT-PCR與Solexa的相關(guān)系數(shù)為0.91。通過比較分析Csg-G及其野生型Csg-M轉(zhuǎn)錄組基因表達(dá)水平的變化，共鑒定出143個(gè)上調(diào)基因和600個(gè)下調(diào)基因。通過GO和KEEG分析，對(duì)黃瓜性別決定表達(dá)譜有了全面的認(rèn)識(shí)，差異表達(dá)基因主要參與植物激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑，轉(zhuǎn)運(yùn)，大分子生物合成，細(xì)胞生物合成，細(xì)胞定位，轉(zhuǎn)錄與翻譯等生物學(xué)過程。這些差異表達(dá)基因表現(xiàn)出植物組織和發(fā)育時(shí)期表達(dá)的特異性，各種模式的差異表達(dá)基因有很大程度上的功能相關(guān)性。一些植物激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑相關(guān)基因表達(dá)模式表明植物激素以及它們之間的相互作用可能在黃瓜性別決定過程中發(fā)揮重要作用。此外，一些轉(zhuǎn)錄因子（的表達(dá)調(diào)控也可能與黃瓜性別決定密切相關(guān)。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 為充分展示黃瓜性別決定過程中基因表達(dá)情況，了解其中的分子生物學(xué)過程及鑒定在這一階段表現(xiàn)出的性別決定相關(guān)基因，本項(xiàng)目擬以黃瓜全雌突變體Csg-G及其野生型Csg-M為試材，在分析黃瓜性別決定基因在轉(zhuǎn)錄水平表達(dá)差異基礎(chǔ)上，建立其表達(dá)譜和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，明確其表達(dá)的時(shí)空特異性及動(dòng)態(tài)過程，進(jìn)而獲得一批黃瓜性別決定相關(guān)基因，了解其功能特征，為研究葫蘆科及其它開花植物的性別決定相關(guān)基因系統(tǒng)性調(diào)控和性型轉(zhuǎn)換奠定基礎(chǔ)
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 在黃瓜基因組序列信息未知情況下，本課題采用以邊合成（或連接）邊測(cè)序?yàn)樘卣鞯男乱淮鷾y(cè)序技術(shù)（Solexa）對(duì)黃瓜重要育種材料進(jìn)行全基因組掃描，篩選黃瓜性別決定相關(guān)重要功能基因并鑒定其與黃瓜性別決定之間的關(guān)系，有望縮短基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用于實(shí)際育種生產(chǎn)的時(shí)間，為真正進(jìn)入分子設(shè)計(jì)育種時(shí)代奠定基礎(chǔ)。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 對(duì)黃瓜性別決定相關(guān)基因的表達(dá)譜及其功能進(jìn)行深入研究不僅具有重要的理論意義，同時(shí)也具有較大的生產(chǎn)應(yīng)用前景。具體有以下兩點(diǎn)：（1）該研究成果能夠?yàn)槠渌参镄詣e決定基因的表達(dá)控機(jī)理及其應(yīng)用提供重要基礎(chǔ)資料，同時(shí)能夠?yàn)檫M(jìn)一步提高重要功能基因在農(nóng)作物中的應(yīng)用提供參考；（2）該研究成果將使得人們通過基因工程手段調(diào)控植株的性型成為可能，從而推動(dòng)葫蘆科作物雌性系育種的廣泛應(yīng)用。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 為充分展示黃瓜性別決定過程中基因的表達(dá)情況，了解其中的分子生物學(xué)過程，鑒定在這一階段表現(xiàn)出的性別決定相關(guān)基因，本研究以黃瓜全雌突變體Csg-G及野生型Csg-M為材料，利用Solexa測(cè)序技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了研究。通過Solexa測(cè)序，把大約5700000-5800000個(gè)TAG注釋到參考基因。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)驗(yàn)證表明，RT-PCR與Solexa的一致性為88.9%，QRT-PCR與Solexa的相關(guān)系數(shù)為0.91。通過分析Csg-G及Csg-M轉(zhuǎn)錄組基因表達(dá)水平的變化，鑒定出143個(gè)上調(diào)基因和600個(gè)下調(diào)基因。通過GO和KEEG分析，差異表達(dá)基因主要參與植物激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑，轉(zhuǎn)運(yùn)，轉(zhuǎn)錄與翻譯等過程。對(duì)差異基因的表達(dá)模式和功能進(jìn)行分析表明，差異表達(dá)基因表現(xiàn)出植物組織和發(fā)育時(shí)期表達(dá)的特異性，各種模式的差異表達(dá)基因有很大程度上的功能相關(guān)性。一些植物激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑相關(guān)基因（例如ACS， CS-AUX1和TLP等）表達(dá)模式表明植物激素以及它們之間的相互作用可能在黃瓜性別決定過程中發(fā)揮重要作用。此外，一些轉(zhuǎn)錄因子（如EREBP-9，rf2等）的表達(dá)調(diào)控可能與黃瓜性別決定密切相關(guān)。
獲獎(jiǎng)情況
- 2010年7月在《Journal of Plant Physiology》(SCI)發(fā)表文章1篇： Tao Wu, Zhiwei Qin, Xiuyan Zhou, Zhuo Feng, Yalin Du. Transcriptome profile analysis of floral sex determination in cucumber. Journal of Plant Physiology, 2010, 167:905-913. (SCI)
鑒定結(jié)果
- 一些植物激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑相關(guān)基因表達(dá)模式表明植物激素以及它們之間的相互作用可能在黃瓜性別決定過程中發(fā)揮重要作用。此外，一些轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)調(diào)控也可能與黃瓜性別決定密切相關(guān)。
參考文獻(xiàn)
- solexa測(cè)序技術(shù) RT-PCP技術(shù) qRT-PCR技術(shù)
同類課題研究水平概述
- 最近研究者從形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)角度，對(duì)乙烯在黃瓜性別決定中的調(diào)控作用研究有了新的突破。Hao等2003年首次發(fā)現(xiàn)黃瓜性型分化過程中存在器官特異性的DNA損傷現(xiàn)象，接著Bai等發(fā)現(xiàn)黃瓜雌花中雄蕊的敗育發(fā)生在花藥和花絲分化的時(shí)期，并伴隨著CUM1基因表達(dá)的下調(diào)。并且Bai等還發(fā)現(xiàn)，基因CS-ACS2的表達(dá)量在雌蕊原基形成時(shí)期較高，并且可能導(dǎo)致雄蕊的敗育。最近， Wang等進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在黃瓜花發(fā)育的第六階段，由于乙烯信號(hào)途徑中的受體基因CsETR1的表達(dá)下調(diào)使花藥原基特異性DNA損傷，導(dǎo)致了花藥原基細(xì)胞的死亡。他們利用AP3啟動(dòng)子構(gòu)建了一個(gè)轉(zhuǎn)基因擬南芥植株，通過反義表達(dá)CS-ETR1因子，證明了乙烯感知能力導(dǎo)致花器官部分凋亡對(duì)黃瓜雌性化作用的正確性。但是Yamasaki等卻發(fā)現(xiàn)是由Cs1-MMP介導(dǎo)單性花器官原基程序性凋亡，目前，研究還沒有定論。但是，從花器官凋亡的研究角度，直觀地解釋了乙烯氣體是怎樣有選擇的促進(jìn)黃瓜雌雄異花同株中雌花的發(fā)育這一近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)的難題。因此，綜合各個(gè)角度的成果，暗示在黃瓜性型分化過程中可能存在一種“激素和基因協(xié)控的花器官凋亡”的新假說(shuō)，這種假說(shuō)更能結(jié)合內(nèi)源激素、性別決定基因的調(diào)節(jié)機(jī)制，從新的角度來(lái)解釋黃瓜的花型和株型的變化過程。
