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《华中农业大学》 2012年
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玉米苗期渍水胁迫诱导根系miRNA快速应答机理的研究

刘智捷  
【摘要】:玉米是全世界最重要的粮食、饲料和能源作物之一,也是我国第一大粮食作物。涝渍是影响热带、亚热带地区玉米生产,尤其是苗期土壤渍水,已成为制约我国南方地区发展玉米生产的非生物逆境胁迫因素之一。真核生物基因组内存在大量非编码RNA(non-coding RNA, ncRNA)基因,它们在转录和转录后水平上,直接参与发育基因和对非生物逆境胁迫应答基因的表达调控。 本研究选用苗期具有不同耐渍表型的自交系Hz32(高耐渍性)、Mo17(渍害敏感)和B73(中等耐性)为研究材料,分别对三叶期沙培幼苗进行渍水1h、2h、4h的短期渍水胁迫处理,分析对照与各处理条件下根系miRNA的表达动态、鉴定特异表达miRNA的顺式作用元件及受其负调控的靶基因,旨在揭示玉米苗期在渍水逆境条件下,低氧胁迫诱导根系miRNA快速应答的调控机理,为阐明玉米苗期耐渍性的分子机制,为采用分子标记辅助选择策略,选育具有优良耐渍性的玉米自交系提供理论依据。研究工作取得了以下结果: 1.从高耐渍系Hz32经4小时渍水处理和对照的根组织样本中,分离所有小分子RNA(small RNA, smRNA),采用高通量RNA测序技术建立了smRNA文库。分别从处理样品中获得了9,251,451个reads,从对照样品中获得了9,541,782个reads。经归并整理,从这两个文库中共鉴定了24个与耐渍相关的差异表达miRNA序列(代表着64个已知的miRNA基因和2个新miRNA基因)。 2.采用qPCR技术,对Hz32、B73、Mo17三个自交系的1h,2h,4h渍水处理与对照根组织样本,进行上述24个miRNA及其靶基因的表达动态分析。结果表明:24个miRNA介入了92个候选靶基因的表达调控。其中的miR159、miR164、miR167、miR393、miR408和miR528可能为主要参与根系发育和渍水胁迫响应的miRNA。 3.对自交系Hz32经4h渍水处理及对照样本的RNA-seq分析,验证了大部分miRNA靶基因的表达。而且采用5'-RLM-RACE方法,验证了其中6个靶基因的miRNA剪切位点。对miRNA与其靶基因表达动态进行了相关分析,表明:约有50%的靶基因与其miRNA的表达量呈负相关,其中多数为参与低氧胁迫响应的转录因子。揭示了miRNA作为转录后水平调控机制中的关键因子,在玉米苗期耐渍胁迫响应中发挥着重要作用。 4.利用JASPAR (http://jasper.genereg.net/)数据库中的顺式元件位置权重矩阵(PWM, Position Weight Matrix)对具有转录起始位点(Transcription StartSite, TSS)信息的30个差异表达的miRNA,进行启动子区的顺式作用元件(cis-motif)分析,共鉴定到18个与低氧胁迫响应及发育相关的顺式作用元件。同时利用本研究构建的,含有712个拟南芥转录因子(Transcription Factor, TF)的TF文库进行酵母单杂交(Yeast One Hybrid,Y1H)的鉴定,间接验证了部分玉米miRNA的顺式作用元件受到保守转录因子的调控。 5.基于以上研究结果,利用Cytoscape软件构建了短期渍害诱导的miRNA及其靶基因的调控网络。并从这一网络中,发现了MYB与miR159/319之间可能存在的负反馈调控路径,同时得到了Y1H结果的证实。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S513

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【参考文献】
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【共引文献】
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