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黄瓜WRKY基因家族及microRNA的鉴定与分析

凌键  
【摘要】:黄瓜基因组序列的发表,使得在基因组水平上研究黄瓜基因家族,小分子家族成为现实。WRKY转录因子是一类广泛参与植物生长发育及逆境响应的超基因家族。拟南芥和水稻中WRKY基因的比较分析表明,大部分WRKY成员在单,双子叶分化之前已经形成。但单双子叶植物分化后,WRKY基因的进化模式以及进化动力还不是很清楚。本研究通过比较黄瓜和拟南芥中WRKY基因的进化模式分析,阐明了单双子叶植物分化后,近代基因组复制事件是新的WRKY基因产生的主要原因,而正选择压力则导致复制的WRKY基因的功能发生了改变,从而使得复制基因得以保留。主要研究结果如下: 1.在黄瓜基因组中总共鉴定了55个WRKY基因(CsWRKY)。根据WRKY域的数目和结构特点,CsWRKY基因可以分为三个group(1-3)。我们进一步对CsWRKY进行全长序列的克隆,总共获得了37条全长cDNA序列,并纠正了一些注释错误,为黄瓜基因组的重注释提供了重要的参考。这是首次对黄瓜的整个基因家族进行鉴定和克隆。 2.利用RT-PCR对CsWRKY在黄瓜7个不同组织中的表达进行了分析。48个CsWRKY的表达得到了确认。我们进一步对这48个CsWRKY在干旱,高盐,低温三种非生物逆境下的表达进行了分析,我们发现23个CsWRKY响应至少一种逆境的诱导。 3.我们比较了拟南芥和黄瓜直系同源WRKY基因的非生物逆境下的表达模式,group1,2的直系同源基因的表达模式有较高的相关性。但是group3基因的表达相似性却很低。事实上,直系同源的拟南芥group3基因均响应逆境诱导,但是黄瓜的group3基因则不响应逆境诱导。 4.由于没有经历近代基因组复制事情,黄瓜的group3成员数目远低于拟南芥。拟南芥复制的group3成员经受了正选择压力,导致黄瓜,拟南芥直系同源group3的功能发生了分化。 microRNA (miRNA)在植物的生长发育,非生物逆境以及病原菌的响应中均扮演着重要的角色。本研究中,我们对黄瓜miRNA发生途径中的家族基因进行了鉴定,我们分析了黄瓜保守,新的miRNA的进化模式以及它们各自的靶标基因的特点。最后,我们利用重测序数据分析了人工选择对miRNA位点的影响。主要结果如下: 1.在黄瓜基因组中,我们总共鉴定了4个DCLs,6个AGOs和7个RDRS。与拟南芥基因组的比较及进化分析表明DCLs, AGOs和RDRs基因家族没有经历近代复制事件。一些拟南芥AGOs的直系同源基因在黄瓜基因组中发生丢失现象。 2.我们进一步用深度测序的方法鉴定了黄瓜的miRNA。总共鉴定26个保守的miRNA。由于缺乏近代基因组复制事件,黄瓜保守的miRNA的位点的数目比拟南芥的少。同时我们也鉴定了总共127个黄瓜新miRNA。有趣的是,尽管葫芦科的黄瓜与甜瓜分化时间不到400万年,但它们各自新的miRNA的差异却很大,这表明这些物种特异的miRNA产生的时间很短暂。 3.我们通过降解组测序寻找黄瓜miRNA的靶标。在保守的miRNA中,我们总共发现了68个靶标,这些靶标大部分是转录因子;而在黄瓜新的miRNAs中,我们发现了54个靶标。与前人报道不同是,很多黄瓜新的miRNA靶标也是转录因子。 4.我们通过重测序的SNP数据分析了黄瓜miRNA位点的遗传多样性。保守的miRNA位点的遗传多样性显著的低于新miRNA位点,miRNA位点的遗传多样性显著的低于周围序列的遗传多样性。与野生黄瓜相比,驯养黄瓜miRNA位点的遗传多样性显著下降。miR164的靶标基因是NAM基因家族,其调控植物的分支。我们的研究表明miR164及其靶标基因NAM基因家族均受到人工选择的作用,这表明人工选择也通过miRNA及其靶基因对作物的形态改变产生了影响。


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