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萱草miRNA表达谱构建及低温诱导差异性分析

安凤霞  
【摘要】:冷害是植物主要的逆境胁迫之一,对植物正常的生长发育和产量影响较大。研究表明,miRNA不仅能够激活和调控植物的某些重要功能基因,而且可以在很大程度上提高植物的抗逆性。因此,研究如何充分地利用miRNA的生理功能来提高植物的抗寒性具有重要的理论和实践意义。 萱草[Hemerocallis fulva (L.) L.Hongbaoshi]可待发掘与利用抗逆性基因较多,其较强的抗寒性尤为引人关注。因此,本研究以萱草的抗寒性作为出发点,利用先进的1-niRNA高通量测序技术与生物信息学方法,对萱草冷胁迫相关的miRNA进行搜索与鉴定,对萱草miRNA的差异表达情况进行分析,预测发现萱草中新的miRNA及其在冷胁迫下的基因调控模式,从而深化对于萱草抗寒性分子机制的理解,初步探讨miRNA在萱草抗寒性反应中所起的调控作用;为进一步挖掘萱草低温应答基因及其相关作用元件提供理论依据。 主要研究结果如下: 1.常温和低温下萱草小分子RNA各长度类型小RNA所占的比例与分布情况大体一致,其中24nt的sRNA均为主要类型,两样品中24nt sRNA分别为小RNA总数的45.53和47.42%。 2.在常温和低温条件分别得到14843184和16072575条片段序列信息,其中包括14064385和15309725种小RNA片段;“干净”序列片段经sRNA分类注释筛选后,分别获得了1055466条和799994条miRNA片段。 3.本研究在两个温度条件下得到的萱草小分子RNA,与水稻基因组的特异性匹配率均较低,其中24nt小分子RNA在水稻基因组上的分布与重复序列的分布之问均不存在相关性。有较多的21nt小分子RNA可以匹配到水稻的染色体上,从而表明在进化上21nt的小分子相对于24nt小分子RNA更为保守;能够匹配到水稻染色体上的热点区域较少。4.本研究获得的miRNA数据通过与水稻miRNA数据库比对发现,单子叶中植物常见的miR403、miR472和miR479均未在两个样品中检测到;有19个miRNA受低温影响表达量发生显著变化,它们分别属于水稻miRNA数据库中的8个miRNA家族,其中11个miRNA表达量显著下降,8个miRNA表达量显著上升,miR167家族的miRNA表达量呈现显著差异变化的miRNA家族成员最多。 5.通过与所有植物的miRNA数据库进行比对分析发现,两个温度条件下只有少数miRNA随着温度的降低出现显著差异,其中26个miRNA在低温胁迫后表达量极显著上调表达,极显著下调表达的miRNA有30个,9个miRNA的表达量则为显著上调表达或下调表达。其中包括与低温胁迫有关的miRNA家族,如miRNA391, miRNA393, miRNA396, miRNA397;与花发育相关的miRNA家族,如miRNA159, miRNA169, miRNA172;高丰度表达的miRNA家族,如miRNA165家族,miRNA168, miRNA2911等miRNA家族;绝大部分的miRNA表达量差异不显著。 6.本研究通过同源搜索在常温和低温条件下共得到出41个新的萱草特异miRNA;其中在10℃条件下发现25个新的miRNA,有20个新miRNA可以预测到靶基因,靶基因位点数为197个;-25℃条件下发现16个新的miRNA,且均可以预测到靶基因,靶基因位点数为193个;在这41个新的miRNA中,有21个能够测到它的miRNA*存在。 本研究中miRNA通过对不同靶基因的调节,不仅参与萱草的低温逆境胁迫响应过程,而且对萱草的生长发育过程起到了一定的调控作用。


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