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玉米根系偏好基因的基因组挖掘及其启动子活性鉴定

摘要

背景

改变根系构型和提高根系抗逆性可以提高作物产量。根系特异性基因的功能分析是根系改良的必要条件,而根系特异性启动子则有助于研究根系发育的调控和根系性状的遗传操纵。玉米是重要的作物品种;然而,迄今为止,对根特异性基因和启动子的系统挖掘还很少。

结果

基于微阵列数据集的基因组规模挖掘,随后进行转录检测,鉴定出222个根特异性基因。基因本体富集分析表明,这222个根特异性基因主要参与对化学、生物和非生物胁迫的响应。222个基因中,33个基因通过定量反转录聚合酶链反应得到验证,31个基因具有根优先活性。在上游约2kb处,从玉米基因组中克隆了31个根优先基因中的5个作为推定启动子并命名p8463p5023p1534p8531p6629.转基因玉米的GUS染色promoter-GUS构念显示5个启动子驱动格斯以根优先的方式表达。

结论

我们挖掘了玉米的根偏好基因及其启动子,并进行了验证p8463p5023p1534p8531p6629作为根优先推广者。我们的研究使鉴定其他组织特异性基因和启动子在玉米和其他物种。此外,这5个启动子可以使玉米的靶基因以根优先的方式增强,从而产生具有抗水、肥约束或生物胁迫的新型玉米品种。

背景

根是植物中最重要的器官之一,因为它提供机械支撑;防止非生物胁迫,包括缺水、低营养和土壤压实;并防止生物压力,如病原体感染。植物的根系可以被改造以增强对水和养分的吸收,并感知和适应非生物和生物胁迫,从而提高作物生产力[123.]。反向遗传学方法有助于揭示基因功能。因此,需要研究根中特异性表达的基因,以了解根的结构和功能。许多根特异性基因已经在功能上得到了鉴定。例如,根特异性基因DRO1影响植株根系结构拟南芥李属,ZmLOX3作为根特异性抑制剂控制玉米对根结线虫的抗性[j]45]。挖掘根系特异性启动子有助于分析根系基因功能,进一步提高作物生产力[67]。

适当的时间和空间基因表达对所有生物的生命周期至关重要。启动子启动和调控基因转录,在转基因工程中发挥着重要作用。合适启动子的使用是植物遗传转化的关键决定因素。本构促进剂,如35个年代启动子和玉米泛素启动子,用于产生转基因植物,尽管外源基因在不必要的组织中组成性过表达通常会对生长发育产生意想不到的影响,并且是一个生物安全问题[89]。器官或组织特异性启动子能够以空间控制的方式调节基因表达,以避免对转基因植物产生不良影响或消耗过多的能量。在鉴定器官或组织特异性启动子方面已经投入了大量的努力,许多这样的启动子已经被鉴定并应用于诸如玉米、水稻、大豆、番茄、马铃薯和烟草等作物的遗传转化[10111213141516]。

到目前为止,已经确定了几个特定于根的启动子,例如Pyk10PHT1拟南芥ToRB7NtREL1从烟草,RCc3从大米,FaRB7从草莓,SlREO从番茄,和SRD1源自sweet potato [17181920.21222324]。大多数特征性的根特异性启动子是从双子叶植物中鉴定出来的;很少从单子叶植物中鉴定出来。玉米(玉米可能是L。)是人类和牲畜最重要的粮食作物之一,是生物能源研究的模式物种。使用外源启动子驱动基因表达导致组织特异性不完善,这表明需要对植物转化的原生启动子进行表征[252627]。根特异性启动子或根优先启动子能够识别玉米根系发育的重要途径,促进根系增强。然而,据我们所知,很少有研究描述了玉米的内源根特异性启动子。

微阵列数据允许在各种组织或细胞类型中进行基因表达分析,并已用于比较基因表达谱,预测标记基因和识别组织或细胞特异性基因[282930.3132]。例如,通过分析微阵列数据集中的基因表达,研究人员发现了几种水稻根特异性启动子(rRSP1-rRSP5)和玉米胚特异性启动子(Zm.13387、Zm.85502、Zm.3896和Zm.2941) [30.31]。然而,筛选并不全面,因为数据集没有覆盖水稻或玉米的整个生命周期,候选基因没有通过RNA测序(RNAseq)进行验证。

在本研究中,我们使用了两种策略来识别根优先启动子。首先,对覆盖玉米组织主要发育阶段的两个微阵列数据集进行了大规模分析,以筛选根优先基因。其次,通过RNAseq和定量反转录聚合酶链反应(qRT-PCR)验证候选基因的组织特异性。为了确保这种组合方法的可靠性,并表征根特异性/ -优先启动子,我们在稳定转化的玉米植株中对候选根特异性基因的五个启动子进行GUS组织化学染色。本研究为根性状的遗传操作提供了有用的资源,五个特征启动子具有驱动玉米和其他谷类或单子叶植物根显性基因表达的潜力。

结果

玉米根系特异性基因的筛选

为了鉴定根特异性基因,我们使用由17555个探针组组成的微阵列数据集对13339个玉米基因进行了基因组级筛选[30.]。通过微阵列分析(SAM;Stanford University, Stanford, CA, USA)鉴定显著差异表达基因。筛选出代表8个玉米基因的10个根特异性探针集(附加文件1:表1)。

为了鉴定更多的根特异性基因,我们分析了一个完整的转录组数据集,其中包含80,301个探针集,覆盖60个玉米组织[33]。在这些微阵列数据中,根系分为三个发育阶段:播种后6天(DAS) - gh_初生根,营养萌发(VE) -初生根和营养1_gh_初生根。为了鉴定根特异性基因,我们通过SAM比较了三个阶段根中每个基因的表达与其他57个组织中的表达。共鉴定出260个共差异表达探针集(附加文件2表2)。其中116个探针组被定位到官方玉米cDNA模型,并由97个高置信度基因编码。Sekhon等人使用表达切断法鉴定了151个根特异性基因(实际上是144个基因编码的151个转录本)。因此,将本研究中的97个高可信度基因与先前鉴定的144个根特异性基因相结合,我们从80,301个探针集中获得214个根特异性探针集(去除重复基因后)(附加文件)3.表S3)。最终,从上述两个探针组中共鉴定出222个根特异性基因(214 + 8个基因)(图2)。1).

图1
图1

根特异性基因鉴定策略示意图。用SAM软件分析包含17,555个探针集(绿框)和80,301个探针集(蓝框)的两个微阵列数据集,分别得到8个和97个根特异性探针集。加上先前从80,301个探针组中鉴定出的144个根特异性基因,鉴定出222个非冗余候选根特异性基因

根特异性基因的氧化石墨烯富集分析

在222个根特异性基因中,201个被GO数据库进行了功能注释和分类(http://bioinfo.cau.edu.cn/agriGO/).对201个注释基因的氧化石墨烯富集分析发现,71个显著(FDR < 0.05)富集了生物过程(BP)、分子功能(MF)和细胞成分(CC)类别的氧化石墨烯4:表S4)。在MF类别中(图2)。2a),氧化还原酶活性富集的基因比例最大(GO 0016491;34.5%),而转运蛋白活性(GO 0005215)和血红素结合(GO 0020037)分别占21.1%和19.7%。在CC类别中(图2)。2b)细胞外围区(GO 0071944)所占比例最高(45.0%),尽管细胞外区(GO 0005576;22.2%)和细胞壁(GO 0005618;20.0%)也被富集。

图2
图2

根特异性基因的基因本体(GO)分类。用agriGO分析工具包对201个基因进行了注释和分类。分子功能显著富集项的饼状图(一个)、细胞成分(b),以及生物过程(c)类别。数字是每一类基因的比例

在BP类别中(图1)2c),对化学物质(GO 0042221)的反应最为丰富(25.4%),包括对无机物、含氧化合物、化学刺激、氧化应激和有毒物质的反应。对非生物刺激的响应(GO 0009628)和氧化还原过程(GO 0055114)也富集(分别为15.4%和14.4%),其次是对生物刺激的响应(GO 0009607;10.0%),细胞壁组织或生物发生(GO 0071554;8.5%),外部封装结构组织(GO 0045229;6.9%)和次级代谢过程(GO 0019748;6.9%)。因此,在201个候选根特异性基因中,大多数涉及对化学、生物和非生物刺激的响应,这表明与土壤环境相互作用和适应的基因倾向于在根中特异性表达。

33个候选基因的RNAseq验证

我们总共选择了27个高可信度的候选基因进行进一步分析,因为它们在我们的研究(97个基因)和之前的研究(144个基因)中都有筛选[33(图。1).27个候选基因中,2个缺乏序列注释(GRMZM2G168508和GRMZM2G466823);因此,从80,301个探针组中选择了25个基因。结合来自17555个探针组的8个基因,分析了33个候选根特异性基因。它们的功能特性在附加文件中列出5表S5。

为了确认这33个基因的根特异性,我们利用已发表的信息分析了它们的表达谱[34]。如图所示。3., 33个基因在不同根组织中均有高表达。然而,有些在其他组织中也高表达;例如,GRMZM2G329229在根和授粉后0天(DAP)节间高表达,而GRMZM2G156422不仅在根组织中高表达,还在叶、节间、花药和种子中高表达。GRMZM2G375159在根和叶中均高表达。因此,33个候选根特异性基因的RNAseq表达谱与微阵列分析结果基本一致,但也有例外。此外,一些基因在非根组织中高度表达,因此需要进一步分析。

图3
图3

33个根偏好基因在79个玉米组织中的表达谱热图。热图是基于Pearson相关的分层聚类生成的。RNAseq数据包括79个玉米样本,包括不同发育阶段的营养组织(根、叶和茎)和生殖组织(雄穗、穗轴、胚乳和胚胎)。比例尺,表示强度为对数2倍的变化

33个候选基因的qRT-PCR表达

为了验证33个候选根特异性基因的组织特异性,我们通过qRT-PCR检测了它们在12个玉米组织中的表达。12个组织分别为6个DAP根、营养2 (V2)根、焰期根、茎、叶、叶鞘(LS)、穗轴、穗轴、丝、10个DAP种子(10个种子)、15个DAP胚(15个胚)和15个DAP胚乳(15个胚)。如图2所示。4结果表明,18个基因表现出显著的根特异性,在根的三个阶段均高表达,而在其他组织中表达较低。根据图。5其中,有13个基因在一种或两种类型的根中表达量显著高于其他组织,表明存在适度的根优先性。而GRMZM2G132763在茎中表达量较高,GRMZM2G156422在茎和叶中表达量均高于根(图2)。4).因此,基于微阵列和qRT-PCR数据,我们鉴定了31个根优先基因。

图4
图4

具有显著根特异性和低根偏好的候选基因的表达。采用qRT-PCR分析了根中三个阶段高表达的18个基因(黑色边界)的表达情况。两个候选基因(蓝色边界)也显示了低根偏好。玉米Actin1以基因为内对照,以叶片为内对照。qRT-PCR采用3个生物重复,每个重复4个技术重复。误差条表示标准差

图5
图5

适度根优先表达的候选基因的表达。采用qRT-PCR分析了13个高表达基因在一种或两种根型中的表达情况。玉米的表情Actin1吉恩被用作内部控制。6以das根为校准器计算GRMZM2G375159的表达量,以叶片为参比样品计算其他基因的表达量。采用3个生物重复,每个重复4个技术重复。误差条表示标准差

转基因玉米植株启动子活性分析

为了验证它们的根特异性,我们选择了5个候选启动子进行转基因分析,包括18个根特异性基因中的3个(GRMZM2G308463、GRMZM2G125023和GRMZM2G091534)。4)和2 (GRMZM2G088531和GRMZM2G036629)为中等根优先基因。这5个根偏好基因在ATG上游约2.0 kb处被克隆为推定的启动子序列并命名p8463p5023p1534p8531p6629基于基因ID的最后四位数字它们被熔合到下游格斯报告基因pCAMBIA3301向量,这导致了构造p8463:格斯p5023:格斯p1534:格斯p8531:格斯p6629:格斯农杆菌属-介导的转化被用于产生含有基因的转基因玉米植株promoter-GUS融合。对于单个构造,我们至少获得了4个事件(附加文件6表6)。

为了对这5种可能的根优先启动子进行功能表征,我们对转基因玉米和野生型(对照)的4个发育阶段(6 DAS期、VE期、V2期和耀斑期)的根组织以及6个非根组织(耀斑期-茎、耀斑期-叶、耀斑期- ls、小穗、丝和壳)进行了组织化学GUS染色。如图2所示。66das根、ve根、v2根和冠根五种promoter-GUS转基因玉米植株在耀斑期表现出强烈的染色,这表明这5个可能的启动子在所有时期都在根系中活跃。此外,叶片、穗、穗、丝和壳p5023:格斯p8463:格斯转基因系GUS染色少,茎部GUS染色少p5023:格斯染色轻微。的p6629:格斯p8531:格斯p1534:格斯转基因株系v2 -叶、耀斑期-茎、耀斑期-叶和耀斑期- ls的边缘区域出现GUS染色,表明这些启动子是由机械损伤诱导的。此外,p1534:格斯转基因植株的小穗、蚕丝和谷壳均有GUS染色,而转基因植株的谷壳染色较少p6629:格斯p8531:格斯在这些组织中显示少量GUS染色。

图6
图6

五种假定的根优先启动子在转基因玉米植株中的组织特异性验证。对GRMZM2G308463、GRMZM2G125023、GRMZM2G036629、GRMZM2G088531和GRMZM2G091534这5个根优先基因的启动子进行了组织特异性分析。开始密码子上游约2.0 kb被克隆为推定启动子并命名p8463p5023p1534p8531p6629.对转基因玉米和野生型(对照)玉米的4个发育阶段的根组织和6个非根组织进行GUS染色。对于6 DAS-root、VE-root和V2-root, bar = 1 cm;对于火炬级- ls, bar = 5mm;对于v2根尖,bar = 0.5 mm;对于v2叶,耀斑阶段-冠根,耀斑阶段-茎,耀斑阶段-叶,小穗,丝和外壳,条= 1毫米

综上所述,5个候选启动子在根的各个阶段都驱动基因表达,但表现出不同程度的组织特异性。p8463是根特定的,然而p5023是高度根优先的。此外,p6629p8531以茎、叶、叶鞘为诱导源,具有一定的根优先性。p1534也谦虚地根优先,因为它驱动的表达格斯机械损伤不仅在根,而且在茎、叶、叶鞘、小穗、丝质和壳中都有反应。

讨论

在这项研究中,222个具有根特异性表达的基因通过两个已发表的微阵列数据集的组合方法进行了鉴定。氧化石墨烯富集分析表明,大多数根优势基因对刺激起作用,这与根在保护植物免受土壤环境影响方面的作用一致[3536]。利用RNAseq数据库分析33个高置信度基因在不同组织中的转录情况,并利用qRT-PCR技术评估其时空表达。虽然33个基因中有31个表现出根优先表达,但它们的表达在根系发育的三个阶段有所不同(图2)。45);例如,GRMZM2G451097在6个as -根中的转录量比v2 -根高约6倍,比耀斑期根高约61倍。GRMZM2G073823的转录量随着根的发育而增加,在6个as根中约为18,在2个v2根中约为131,在光焰期根中约为140。因此,一些根偏好基因在根系中的表达随植物发育阶段的不同而不同,表明它们的功能随植物发育而变化。

组织特异性启动子比组成启动子有几个优点,因此被推荐用于遗传操作。特定于根的启动子有许多应用。虽然已经鉴定了几种根特异性启动子,但在异种植物中,这些启动子并不以预期的根特异性方式驱动靶基因表达,例如启动子活性降低和基因表达改变[20.2137]。因此,内源性的根特异性启动子需要挖掘和表征。

基因的空间和时间表达取决于许多因素,包括转录因子的可用性和独联体-启动子中的元素[38]。通过PLACE和PlantCARE分析发现,在5个启动子序列中,TATABOX (TATAAAT/TATTAAT/TTATTT/TATTTAA)序列元件在启动转录中起重要作用[3940]。促进组织特异性启动子活性的CAATBOX (CAAT)元件也在五个启动子区域的许多位置上被发现(附加文件)7表S7)。ROOTMOTIFTAPOX1 (ATATT)至关重要独联体-根特异性表达所需的元件,OSE1ROOTNODULE (AAAGAT)和OSE2ROOTNODULE (CTCTT)元件与根特异性启动子活性有关[414243]。5个启动子均含有ROOTMOTIFTAPOX1和OSE2ROOTNODULE元素p8531p1534也包含OSE1ROOTNODULE元素。在5个启动子序列中还发现了其他诱导元件,如损伤诱导元件WBOXNTERF3 (TGACY),脱水诱导元件ABRELATERD1 (ACGTG)和acgtterd1 (ACGT),病原体和盐胁迫诱导元件GT1GMSCAM4 (GAAAAA;额外的文件7表S7)。LTRE1HVBLT49是一种低温响应元件blt4.9大麦中的启动子[44]。MYB2AT是一个MYB识别序列,参与植物对水分胁迫的响应拟南芥45]。这些独联体在5个启动子区域也发现了-元素。总之,独联体-element预测分析提示,ROOTMOTIFTAPOX1、OSE2ROOTNODULE或OSE1ROOTNODULE可能是由p8463p5023p1534p8531p6629;而其他应力诱导因素可能导致根的表达不那么严格p5023p1534p8531p6629.此外,未表征的根特异性独联体-元素可能有助于根的特异性。因此,需要进一步的研究来分析根优先表达的机制,并确定其他是否可诱导独联体-元件参与调控基因表达。

p8463是根特定的,然而p5023是高度根优先的。ZmTIP2-3(基因ID: GRMZM2G125023)编码一种细胞质内固有蛋白,其表达和功能已被表征[46]。Northern blot分析显示ZmTIP2-3在根中特异表达,这证实了我们的结果ZmTIP2-3根特异性(图2)。4).另外,作为…的同系物ZmTIP2-3EgTIP2桉树茅GmTIP2; 3源自大豆show root-specific expression [2447]。这表明叶绿体内在水通道蛋白基因在根中特异性表达,其启动子可以驱动根优先表达。GRMZM2G308463编码一个功能未知的NAD(P)结合Rossmann-fold超家族蛋白。GUS染色显示其启动子p8463,可以驱动根特定格斯表达式(无花果。46).

p6629p8531它们在茎、叶和叶鞘中表现出较低的活性,可能是受伤害所致。GRMZM2G036629编码金属硫蛋白样蛋白1 (MT-L),是一种受金属离子、损伤、热休克和干旱胁迫等环境刺激调控的低分子质量金属结合蛋白[48]。我们发现GRMZM2G036629主要在根中表达,而在茎、叶和种子中表达较弱(图2)。5)与之前的报道一致,MT-L的mRNA在根中最丰富,在叶、髓和仁中较少[49]。玉米GRMZM2G088531编码一种聚半乳糖醛酸酶抑制剂。聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白是具有组成性和/或组织特异性表达的防御蛋白,大多数是由生物胁迫(如真菌或昆虫)以及机械损伤诱导的[505152535455]。的启动子区域p6629p8531包含一个WBOXNTERF3致伤元件(附加文件)7表S7)。因此,格斯表现在叶片的切边、叶鞘和茎部p6629:格斯p8531:格斯转基因系可以通过伤害诱导。

GRMZM2G091534编码一种延伸蛋白样蛋白,该蛋白在诸如根毛生长、胚胎发育和应激反应中起作用[24565758]。的启动子序列p1534含有多种伤害诱导、胁迫响应和植物激素诱导因子,这可能解释了黄花苜蓿茎、叶和叶鞘切割边缘强烈的GUS染色p1534:格斯.我们的研究结果表明p1534不仅是根优先表达,而且是控制损伤或应激诱导表达的良好候选者。

在本研究中,我们利用转基因玉米植物鉴定了5个启动子;只有p8463严格是根特定的。p5023是根优先的,而p6629p8531p1534是适度的根优先。虽然这些根优先启动子对基因在根中的表达特异性较低,但它为不同表达强度和不同组织特异性的启动子提供了更多的选择。因此,我们通过比较这五个启动子基因在根中的表达与玉米的表达来评估它们的优势ubiquitin1.GRMZM2G036629的转录量比GRMZM2G036629的转录量高3.76倍ubiquitin1,而GRMZM2G125023、GRMZM2G308463、GRMZM2G088531和GRMZM2G091534的转录量分别低约0.14-、0.03-、0.47-和0.06倍(附加文件)9:图S1)。因此,活动的p6629可能比玉米的强吗ubiquitin1启动子在根中,而在p5023p8463p8531p1534可能更弱。

由于缺乏有效的高效启动子,难以实现对转基因表达的精细调控。在此,我们鉴定了5个新的玉米根优先启动子。p8463是根特定的,然而p5023在玉米中具有高度的根优先性。此外,p6629, p8531p1534是根优先但伤诱导的启动子。虽然p5023p6629, p8531和p1534它们是根优先而不是根特异性的,可以用来驱动根中的外源基因表达,从而增强根系,增加对水和养分的吸收,提高对病原体的抵抗力。

结论

本研究对222个玉米根系特异性基因进行了挖掘和GO分析,并通过基因组级表达筛选、qRT-PCR和转基因植物活性分析对5个根系优先启动子进行了表征。这使得产生根特异性基因和启动子的策略得以发展,这些基因和启动子可用于筛选其他物种的其他组织特异性基因。这5个确定的根系优先启动子显示了玉米生物工程在改善根系构型、对生物和非生物胁迫的耐受性和抗性方面的潜力。

方法

微阵列数据分析和热图

微阵列数据集从https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi.通过SAM对根和非根组织中差异表达的基因进行分析,从而可以从斯坦福大学实验室(Stanford University Labs)开发的一组微阵列实验中挖掘出具有显著组织优先表达的基因(https://statweb.stanford.edu/~tibs/SAM/).用Q < 0.001鉴定根中显著差异表达的基因。采用基于Pearson’s相关的分层聚类方法,生成了33个根偏好基因的热图。

植物材料和生长条件

玉米自交系B73和玉米杂交种Hi-II由玉米遗传合作库存中心(http://maizecoop.cropsci.uiuc.edu/stox-q.php).野生型B73、Hi-II和转基因玉米植株在温室中生长,光照时间为18 h:黑暗时间为6 h,昼夜温度分别为22℃和28℃。从B73植株中收集根(6个as根、v2根和耀斑期根)、耀斑期-茎、耀斑期-叶、耀斑期- ls、穗子、穗轴、丝、10个种子组织、15个E组织和15个En组织,立即放在冰上。样品冷冻,在液氮中磨成粉末,保存在- 80°C待用。

RNA制备和qRT-PCR

我们按照制造商的说明,使用TRIzol试剂(TaKaRa Bio,滋贺,日本)提取总RNA。用Oligo (dT)引物、TranScript RT/RI Enzyme Mix、TS反应混合物和gDNA去除剂(TransGen Biotech, Beijing, China)合成第一链cDNA。为了研究该基因在玉米组织中的时空表达,我们使用了附加文件中列出的基因特异性引物8表S8。玉米Actin1吉恩被用作内部控制。采用ABI 7500实时荧光定量PCR系统(Applied Biosystems, Foster City, CA, USA)进行qRT-PCR。PCR条件为95°C初始变性2 min, 95°C变性5 s, 60°C退火/延伸34 s,共40个循环。我们使用ABI 7500软件分析数据。2.0.5)与ΔΔCT方法(59]。qRT-PCR分析使用了3个生物重复,每个生物重复有4个技术重复。

启动子克隆与载体构建

在ATG上游约2.0 kb处,从B73玉米基因组DNA中克隆出了根优先基因GRMZM2G125023、GRMZM2G308463、GRMZM2G091534、GRMZM2G088531和GRMZM2G036629,并考虑了启动子序列。生成格斯我们扩增了在引物的5 '和3 '端添加限制性位点的启动子片段(附加文件)8表8)。然后,将启动子序列克隆到克隆载体中pEASY-Blunt(TransGen Biotech),并经测序确认。接下来,p8463p5023p1534p8531p6629被消化了Sma我/太平洋标准时间我,3 /Xba我,EcoR我/Xba我,Sma我/Xba我和Sma我/太平洋标准时间我,分别。本机CaMV35S二进制向量的启动子pCAMBIA3301被消化后的启动子序列所取代。最后一个格斯融合结构被命名为p8463:格斯p5023:格斯p1534:格斯p8531:格斯p6629:格斯并被引入根癌土壤杆菌应变EHA105。

转基因玉米植株的产生

农杆菌属-介导的玉米转化按照之前的描述进行[60]。简单地说,从Hi-II型玉米的~ 10个DAP穗上剥下未成熟胚(直径1.0-2.0 mm),浸泡在液体侵染培养基中,准备侵染。一群菌株EHA105窝藏promoter-GUS质粒孵育2 d,在固体酵母提取物-牛肉培养基上培养3 d,刮入含有1%乙酰丁香酮的液体感染培养基中,培养至OD光密度550达到0.3 - -0.4。然后在培养基中加入3mg /L的双磷,对胚进行侵染,选择愈伤组织。转基因T0在玉米植株上涂上除草剂进行鉴定,并进行自交得到T1种子。

GUS组织化学染色

对转基因玉米组织进行GUS活性的组织化学染色。用水洗涤样品,并在GUS染色液中孵育,GUS染色液中含有50 mM磷酸盐缓冲液(pH 7.0), 0.1% (v/v) Triton X-100 (pH 7.0), 2 mM亚铁氰化钾,2 mM铁氰化钾,10 mM乙二胺四乙酸和2 mM 5-溴-4-氯-3-吲哚-b- d -葡萄糖醛酸(X-Gluc), 37℃,黑暗4-8小时。组织化学染色后,绿色组织样品在95%乙醇中浸泡1或2天,以去除叶绿素。采用Leica M165FC立体显微镜(Leica, Wetzlar, Germany)对放大后的v2 -根尖、v2 -叶、耀斑-冠根、耀斑-茎、耀斑-叶、耀斑- ls、小穗、丝和果皮进行GUS染色。

数据和材料的可用性

本研究过程中产生或分析的所有数据和材料均包含在本文中,或应通讯作者的合理要求向其提供。

缩写

英国石油公司:

生物过程

答:

蜂窝组件

衣冠楚楚的:

授粉后几天

DAS:

播种后的天数

艾凡:

胚胎

En:

胚乳

走:

基因本体论

LS:

叶鞘

MF:

分子功能

MT-L:

金属硫蛋白样蛋白

存在:

定量逆转录聚合酶链反应

RNAseq:

RNA序列

山姆:

微阵列显著性分析

V2:

营养2

已经:

植物出现

X-Gluc:

5-溴-4氯-3-吲哚基-β- d -葡萄糖醛酸盐

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致谢

我们非常感谢匿名审稿人对本文的评论。

资金

本研究得到中国转基因生物发展国家专项计划(批准号2016ZX08003-002)的支持。资助者在研究的设计、数据的收集、分析和解释以及撰写手稿方面没有任何作用。

作者信息

从属关系

作者

贡献

YLF和XJZ构思和设计了本研究。JT和YL进行生物信息学分析。YL进行了实验并起草了手稿。XQL和RMC参与了分子分析。XJZ、RMC和XQL对手稿的修订做出了贡献。所有作者都阅读并批准了最终的手稿。

相应的作者

对应到Yunliu风扇小金县日隆周

道德声明

伦理批准并同意参与

不适用。

发表同意书

不适用。

相互竞争的利益

作者宣称他们没有竞争利益。

额外的信息

出版商的注意

施普林格·自然对已出版的地图和机构关系中的管辖权要求保持中立。

补充信息

附加文件1:表S1。

从Liu等人的微阵列数据中筛选了10个根特异性探针集。

附加文件2:表S2。

从Sekhon等人的微阵列数据中筛选了260个根特异性探针组。

附加文件3:表S3。

Sekhon等人的微阵列数据生成的根特异性基因。

附加文件4:表S4。

222个根特异性基因氧化石墨烯富集分析。

附加文件5:表S5。

33个候选基因的功能描述。

附加文件6:表S6。

这五个基因的转基因事件promoter-GUS构造。

附加文件7:表S7。

假定的独联体- 5个启动子区域内的作用元素。

附加文件8:表S8。

本研究使用的引物。

附加文件9:图S1。

的相对表达ubiquitin1、GRMZM2G125023、GRMZM2G308463、GRMZM2G036629、GRMZM2G088531和GRMZM2G091534。

权利和权限

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引用本文

李彦,刘霞,陈瑞。et al。玉米根系偏好基因的基因组挖掘及其启动子活性鉴定。BMC Plant Biol19日,584(2019)。https://doi.org/10.1186/s12870-019-2198-8

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