赖锦盛教授课题组绘制玉米籽粒发育早期高时间分辨率转录组图谱

High-temporal-resolution Transcriptome Landscape of Early Maize Seed Development.pdf

玉米籽粒主要由胚、胚乳和种皮三个部分所构成。在双受精作用后，受精卵和受精极核需经过一系列复杂的细胞学事件，最终分别发育为胚和胚乳。虽然有一部分基因在籽粒发育过程中的功能已经被研究，但人们对影响籽粒发育的重要基因仍然所知有限，大部分参与籽粒发育过程的基因的表达和功能等信息仍然不清楚。特别是籽粒发育早期，由于之前的转录组研究没有足够的时间分辨率，很有可能许多只在特定发育阶段短时间表达，但对籽粒早期发育很重要的基因没有得到解析。

赖锦盛教授一直致力于解析玉米籽粒发育的转录调控网络。本研究通过对双受精后6天内的B73籽粒发育早期的珠心(包括胚囊) 样本进行间隔4-6小时的密集取样，绘制了高时间分辨率的玉米籽粒发育早期转录组图谱。在本研究共计31个样本的大规模转录组数据中，共检测到22,790个基因（包含1,415个转录因子）在至少一个样本中表达。分层聚类分析和主成分分析将31个样本划分为4组—Stage I (0-16 HAP), Stage II (20-44 HAP), StageIII (48-96 HAP)和Stage IV(102-144 HAP)，分别对应双受精阶段、胚乳合胞体形成阶段、胚乳细胞化阶段和胚乳细胞分化起始阶段。本研究共鉴定到1093个籽粒特异性表达的基因(包含110个转录因子)，其中有654个籽粒特异表达基因是新发现的。这些籽粒特异表达基因仅在籽粒发育的特定时期表达，表现出较高的时间特异性。该研究在授粉后的双受精阶段、胚乳游离核期、细胞化和分化阶段分别鉴定到了160、22、112和569个籽粒特异性基因。此外，该研究还构建了参与籽粒早期发育的转录因子调控网络，该网络预测了1,317个转录因子和14,540个基因之间的31,256个相互作用。最后，结合先前的研究，研究还发现了一系列可能参与玉米籽粒早期发育的新基因。总之，该研究绘制的高时间分辨率的玉米籽粒发育早期转录组图谱为未来的基因功能研究提供了一个重要的资源，以帮助解开籽粒发育的遗传控制。

玉米受精后0-144小时种子和胚珠形态变化；

玉米籽粒早期四个发育阶段的形态示意图