人工劣变处理对玉米种胚差异基因表达的影响

【目的】利用数字基因表达谱技术（digital gene expression tag profiling，DGE）探索人工控制劣变（controlled deterioration treatment，CDT）条件下玉米种胚差异基因的表达变化，为揭示种子劣变的分子机理提供依据。【方法】以玉米杂交种郑单958种子为材料，采用高温（45℃）高湿（相对湿度100%）方法处理72 h，以未处理材料为对照，利用DGE分别进行高通量测序，测序结果与参考基因组和参考基因数据库比对获得表达基因，利用RPKM（Reads Per Kb per Million reads）方法计算基因的表达量，根据FDR（false discovery rate)<0.001和|log 2 ratio(T/CK)|≥1的标准筛选差异表达的基因，对获得的差异表达基因（digital expression genes，DEGs）进行GO（gene ontology）和KEGG（kyoto encyclopedia of genes and genomes）数据库功能注释，并对注释结果进行富集分析处理。【结果】对照玉米种胚中检测到32000多种mRNAs。CDT处理后差异表达基因有4713个。其中上调表达2874个，下调表达1839个。GO富集分析表明，这些基因涉及细胞组分、分子功能和生物学过程方面，其编码的蛋白主要分布在细胞器和细胞膜上，参与能量代谢、信号转导、刺激响应和衰老死亡等过程，具有结合、催化和抗氧化等功能。这些基因中，能被KEGG数据库注释的有2470个，参与了288条代谢通路，其中有16条通路存在着显著性富集。这些通路中，参与能量代谢的基因共有113个，分别参与糖酵解/糖异生过程（59个）、磷酸戊糖途径（31个）和丙酮酸代谢过程（50个）；其中，调节糖酵解/糖异生过程的烯醇化酶基因、3-磷酸甘油醛脱氢酶基因等、丙酮酸代谢中的丙酮酸激酶基因等和磷酸戊糖途径中的α-L-岩藻糖苷酶基因等上调幅度最大。还发现，调节NADH代谢相关的基因有25个（9个上调，16个下调）；NADPH代谢的有10个（4个上调，6个下调）。这些基因的表达变化能够调节活性氧的产生和积累。【结论】DGE可以作为研究种子劣变和活力丧失的有效手段。CDT能够影响玉米种胚差异基因的表达，进而影响细胞能量代谢相关过程，主要表现在糖酵解途径受到抑制,导致ROS产生和积累，从而加速玉米种胚细胞的衰老及死亡，最终造成种子的劣变和活力丧失。在这个过程中，差异表达基因可能扮演重要角色。