[發明專利]一種植物耐鹽基因模塊發掘方法

在審

• 申請號: 202111163135.6
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113990388A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 劉一明;李曉霞;嚴琳玲;黃春瓊;郇恒福;黃睿;劉國道
• 申請（專利權）人: 中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所;海南品優農業科技有限公司
• 主分類號: G16B20/20
• 分類號: G16B20/20
• 代理公司: 宿遷市永泰睿博知識產權代理事務所(普通合伙) 32264
• 代理人: 劉慧

本發明公開了一種植物耐鹽基因模塊發掘方法，該方法基于基因相互作用網絡，采用馬爾可夫聚類算法對基因互作網絡進行模塊化分析，并利用基因芯片與全基因組關聯數據對基因模塊的耐鹽作用大小進行評估。根據各個基因模塊的耐鹽貢獻大小，篩選關鍵耐鹽基因模塊。與現有方法相比，該方法側重于全新耐鹽基因群的發現，極大地提高了植物耐鹽基因發掘的效率與準確性。

技術領域

本發明涉及耐鹽基因技術領域，具體的是一種植物耐鹽基因模塊發掘方法。

背景技術

耕地鹽堿化是目前我國農業生產中面臨的主要問題之一，其嚴重影響了我國農業生產及糧食安全，培養耐鹽堿的作物新品種是面對鹽堿化的有效手段之一，對于鹽堿地的改善具有重要意義。植物適應鹽堿環境的機制十分復雜，是眾多基因/途徑相互作用形成復雜網絡綜合調控的結果。植物在遭受鹽脅迫后，通過信號感知與一系列復雜的信號轉導并激活特定轉錄調控因子，進而調控下游功能基因的表達，啟動相應的生理生化等適應性反應來降低或消除高鹽度給植物生長帶來的危害。這些基因調控網絡之間，既相互獨立，又緊密聯系，共同組成了一個復雜的植物響應鹽脅迫的基因網絡。為此，單一或少數幾個耐鹽相關基因的功能解析，無法系統了解植物抗旱分子機制，且，利用單一耐鹽相關基因對作物進行基因工程改造也被證明作用有限，因此，本發明提出一種植物耐鹽基因模塊發掘方法。

發明內容

為了克服現有技術中的缺陷，本發明實施例提供了一種植物耐鹽基因模塊發掘方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

本申請實施例公開了：一種植物耐鹽基因模塊發掘方法，包括以下步驟：第一步，分離并建立目標植物的基因互作數據庫；第二步，利用馬爾可夫聚類算法對基因互作網絡進行模塊化分析，并對基因模塊的生物學意義進行評估；第三步，利用基因芯片數據鑒定目標植物的鹽脅迫應答基因，采用累積超幾何分布對基因模塊富含鹽脅迫應答基因進行顯著性分析；第四步，利用全基因組關聯數據分析基因模塊與耐鹽性之間的關聯程度；第五步，根據基因模塊兩類排名的幾何平均值計算基因模塊的耐鹽作用大小，并以此篩選關鍵耐鹽基因模塊。

優選的，第一步的具體做法是，從BioGRID、IntAct、DIP、MINT及STRING數據庫中收集基因互作數據，并分離目標植物的互作數據，建立相應的數據庫。

優選的，第二步的具體做法是，采用馬爾可夫模型的聚類算法MCL對基因網絡進行模塊化分析，利用GeneOntology數據對MCL算法的不同inflation參數條件下模塊基因的功能相似性進行評估，確定模塊基因功能相似性得分最高時的inflation參數。

優選的，第三步的具體做法是，從NCBI的GEO數據庫以及EBI的ArrayExpress數據庫中下載獲得目標植物受鹽脅迫的基因芯片數據，用RMAExpress軟件對芯片數據進行均一化，采用SAM軟件包計算目標植物的鹽脅迫應答基因；采用累積超幾何分布對基因模塊富含鹽脅迫應答基因進行顯著性分析。

優選的，第四步的具體做法是，從Gramene數據庫下載與目標植物耐鹽相關的全基因組關聯數據，而后對各材料的耐鹽表型數據進行隨機置換，用tassel軟件的MLM模型計算各SNP的p值，然后統計各基因模塊中與耐鹽性顯著關聯的SNP比例，共進行9999次置換檢驗，分析基因模塊與耐鹽性之間的關聯程度。

優選的，第五步的具體做法是，對基因模塊富含鹽脅迫應答基因的概率由小到大進行排序。同樣，對基因模塊與耐鹽性之間的關聯程度也由小到大進行排序，根據基因模塊兩類排名的幾何平均值計算基因模塊的耐鹽作用大小，并以此篩選關鍵耐鹽基因模塊。

優選的，所述與耐鹽性顯著相關是指p0.05。

本發明的有益效果如下：本發明基于基因相互作用網絡，采用馬爾可夫聚類算法對基因互作網絡進行模塊化分析，并利用基因芯片與全基因組關聯數據對基因模塊的耐鹽作用大小進行評估。根據各個基因模塊的耐鹽貢獻大小，篩選關鍵耐鹽基因模塊。與現有方法相比，該方法側重于全新耐鹽基因群的發現，極大地提高了植物耐鹽基因發掘的效率與準確性。