论文摘要
烟草（Nicotiana tabacum）是一种重要的叶用经济作物,在国民经济中占有重要的地位；同时,作为一个重要的模式植物,烟草在植物分子生物学、基因工程、细胞工程、植物组织培养、植物抗性研究等方面得到了广泛的应用。在烟叶生产中,烟叶的品质及产量不仅受其自身遗传因素的控制和栽培措施的影响,而且受生态环境的制约,生态因素与烟叶品质密切相关。因此,探讨生态条件对烟草生长发育的影响,对了解烟叶品质形成的分子机制具有积极意义。本研究以四川烤烟主栽品种云烟87为试验材料,利用基因芯片技术,对宜宾、广元、凉山和攀枝花四个具有代表性的四川烤烟生态区烟叶进行了基因表达谱研究,包括基因表达量的统计、表达模式聚类分析、GO基因功能分析、Pathway信号通路分析等。本研究主要研究结果如下：1、以烟叶质量较好的米易为参照,在旺长期及打顶期,将兴文、剑阁、会理与米易鲜烟叶样品的基因表达谱进行对比分析。经过统计分析其显著性差异表达基因的数目,发现四川烤烟不同生态区之间,基因的表达存在广泛的差异。旺长期：兴文、剑阁、会理与米易样本对比,显著性差异表达基因分别达到了2395个、2746个与1705个；其中上调表达基因分别为1315个、1463个与804个；下调表达基因分别为1080个、1283个及901个。以上三组对比中,共有的显著性差异表达基因为565个,其中上调表达321个,下调表达244个。打顶期：兴文、剑阁、会理与米易样本对比,显著性差异表达基因分别为1633个、2122个及1399个；其中上调表达基因分别为837个、1202个与692个；下调表达基因分别为796个、920个及707个。以上三组对比中,共有的显著性差异表达基因为359个,其中上调表达192个,下调表达167个。2、不同生态区、不同生育期烟叶差异表达基因的GO分析表明,分子功能GO中共有catalytic activity（催化反应）、transporter activity（转运体）、binding（结合反应）等7个二级分类显著富集（P值≤0.05）；细胞组成GO中共有extracellular region（细胞外区域）、cell（细胞）、membrane-enclosed lumen （膜关闭内腔）、envelope（细胞膜）、organelle（细胞器）等9个二级分类显著富集（P值≤0.05）；在生物过程GO中共有metabolic process（新陈代谢过程）、cellular process（细胞进程）、anatomical structure formation（解剖结构的形成）、death（死亡）等20个二级分类显著富集（P值≤0.05）。3、不同生态区、不同生育期烟叶差异基因的Pathway通路分析表明,共有Photosynthesis-antenna proteins（光合作用-天线蛋白）、Photosynthesis（光合作用）、Carotenoid biosynthesis（类胡萝卜素生物合成）、Starch and sucrose metabolism（淀粉和蔗糖代谢）、Flavonoid biosynthesis（类黄酮生物合成）等17条差异基因显著富集的Pathway（P值<0.01）。4、对差异表达基因显著富集的光合作用、类胡萝卜素代谢、淀粉和蔗糖代谢、信号传导、植物激素代径、离子跨膜运输、形态解剖结构等7条代谢途径或功能分类进行了进一步分析,结果表明,在P值≤0.05水平上,光合作用中有LHCB、SBPas等18个基因均差异表达；类胡萝卜素代谢中有NCED等7个基因差异表达；淀粉和蔗糖代谢中SUS等22个基因差异表达；信号传导过程及植物激素代谢途径中涉及到PHYB、CRY、MPK1、GLR、CKX、RGLG等164个基因均差异表达；离子跨膜运输中,涉及到氮（AMT）、磷（PHT）、钾（HAK、KUP）、钙（CAX、DND、CLC-A）、硫（SULTR）等59个基因差异表达,以及铁（IRT3）、锌（ZIP）、氯（CLC-D、CLC-F）、钼（MOT1）、硼（BOR）等11个基因差异表达,与阳离子转运相关的CNGC、NHX、SOS等20个基因差异表达；形态解剖结构方面,包括了EXPA及MIOX等74个基因差异表达。