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外源茉莉酸甲酯对甘遂转录组及小RNA组影响的研究

李鹏  
【摘要】:甘遂(Euphorbia kansui Liou)为大戟科多年生草本植物,是我国特有的中药材之一,现代药理研究发现其活性成分为萜类化合物,具有较好的抗恶性肿瘤、抗病毒、抗氧化、抗细胞分裂以及调节免疫等作用。茉莉酸类是植物体内一种重要的生长调节剂,可以调节植物生长发育等多种生理过程以及次生代谢产物的积累,并且有研究报道MeJA对次生代谢产物合成的影响显著于水杨酸(SA)和一氧化氮(NO)。通过Illumina双端测序技术可获得生物体内全部的mRNAs和miRNAs的信息,可获得差异表达基因和miRNAs的分析、新基因和novel miRNAs的挖掘、基因功能和miRNAs靶基因的注释等方面的综合性数据,有助于我们进一步了解更多的生物学问题。本论文利用转录组和小RNA组相结合的方法研究外源性0.5 mg/L MeJA对甘遂生长发育以及次生代谢产物合成调控的影响。通过以上研究拟为进一步探讨甘遂对外源MeJA的响应机制提供理论基础,也为甘遂绿色开发的基因工程研究提供基础资料。获得的主要结果如下:1.将转录组每一组获得的高质量的reads进行组装共得到96 040个unigenes,其中,52 142、40 079、36 331、20 761和38 008个unigenes分别被注释到Nr、Swiss-Prot、COG、KEGG和GO数据库中。四组样品利用edgeR package进行两两比对,鉴定出差异表达基因。将DEGs进行GO功能分类注释,并以KEGG pathway为单位进行pathway显著性富集分析,通过超几何检验,寻找出在差异表达基因中显著性富集的pathways。此外,利用STEM cluster直接比对四个组DEGs的RNA表达模式,其中7个显著基因表达谱被识别。2.通过高通量测序的方法获得甘遂小RNA组数据库。利用software patmatch对miRNAs的靶基因进行预测,共识别出875个miRNAs对应于11 277靶mRNAs,其中168个known miRNAs家族与6019个靶mRNAs关联。表达最丰富的依次是MIR169家族、MIR156家族、MIR166家族、MIR171家族、MIR395家族。本研究还识别了707个novel miRNAs和其相对应的5 258个靶mRNAs。此外,利用STEM cluster对DEMs的表达模式进行了预测,其中有4个为显著miRNAs表达谱。根据miRNA-mRNA的相关性分析,共有452对miRNA-mRNA表达水平之间呈负调控。3.通过对萜类合成通路中DEGs的分析,筛选出18个关键基因进行MeJA对其表达模式影响的qPCR验证,验证结果与转录组结果基本一致。通过对萜类合成通路中miRNAs的分析,其中33对miRNA-mRNA与萜类合成相关。筛选出参与萜类合成通路中的7个DEMs进行MeJA对其表达模式影响的qPCR分析验证,验证结果也与miRNAs测序结果也基本一致。此外,以大戟二烯醇为对照品,通过紫外可见分光光度计法和高效液相色谱法对MeJA处理后不同时间甘遂中总萜和大戟二烯醇的含量变化进行测定,结果显示与对照组相比较,MeJA处理24 h时总萜和大戟二烯醇的含量均有所提高,MeJA处理36 h时总萜和大戟二烯醇的含量最高。综上所述,外源MeJA通过影响甘遂基因呈现不同的表达模式而维持植物的稳态生理代谢活动,miRNAs通过负调控它们的靶基因来参与植物对外源MeJA的响应。其中,外源MeJA促进了甘遂萜类合成MVA通路中基因的表达,从而使总萜和大戟二烯醇的含量增加,miRNAs在MeJA处理早期通过负调控它们的靶基因来参与萜类生物合成的调控。此外,萜类骨架合成MVA通路和MEP通路可能通过负调控以响应外源MeJA的处理,但是尚待进一步的分子生物学研究的验证。


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