水稻基因转录起始位点的高通量鉴定及其在基因组注释和基因转录调控机制研究中的应用

水稻是最重要的农作物之一，也是研究单子叶植物的模式物种。虽然多年前就获得水稻基因组完成图，但我们对其基因转录调控机制知之甚少，甚至于有将近一半的预测基因缺乏转录证据。转录起始位点（TSS，transcription start site）是下游基因组片段发生转录事件的起点，并且激活基因转录的启动子富集于其上下游邻近区域，所以系统鉴定转录起始位点既可完善基因组注释，又方便基因转录起始机制研究。.本项目拟使用SOLiD高通量测序仪，对Oligo-Capping法构建的水稻成熟mRNA 5'端cDNA文库进行深度测序，大规模鉴定转录起始位点，发掘新基因或新外显子；分析核心启动子序列和分布特征及其与基因时空表达模式和基因功能的联系；研究多转录起始位点基因的数量、时空表达模式和生物学功能特征，揭示基因多启动子现象在水稻中普遍性和意义。本项目研究结果将推动水稻基因组注释，促进基因转录机制调控研究。

本项目成功构建3个不同时期水稻胚组织(休眠胚，浸水12小时胚，萌发胚)的5-seq文库和RNA-seq文库，并进行SOLiD测序。开发了一个适用于多种高通量测序平台(SOLiD，Solexa/HiSeq和Roche 454)的序列前处理和质控软件包，在此基础上，建立了全长cDNA 5’端SOLiD测序文库质控和分析流程。借助5-seq和RNA-seq数据，鉴定出胚特异高表达基因核心启动子的序列和分布特征。使用RNA-seq和5-seq转录注释水稻基因组，通过差异基因鉴定和表达模式分析，发掘出可部分解释萌发生理过程的代谢通路，鉴定在萌发过程中起重要作用的潜在转录因子和激素合成代谢相关基因。这些工作，既自于基因表达模式，又来自于基因结构，特别是来自于基因启动子信息，为后期实验方法研究水稻萌发机制提供新视角。