黄瓜果实膨大相关miRNA的鉴定及其功能分析

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miRNA是一类重要的调控分子,通过剪切靶mRNA调节基因的表达,进而调控植物生长发育、胁迫应答和新陈代谢等多项生理进程。miRNA调控了果实发育,但其调控黄瓜果实膨大的分子机制仍不清楚。本研究通过构建黄瓜果实膨大small RNA(sRNA)文库和降解组文库,获得了与黄瓜果实膨大相关miRNA及其靶基因。挑选与黄瓜果实膨大差异表达显著的miRNA(CsamiR160d和CsaMIR319b),对CsamiR160d和CsaMIR319b及其靶基因进行了生物信息学分析,并通过构建超表达载体,初步分析了CsamiR160d和CsaMIR319b在黄瓜植株生长和果实膨大中的功能,为揭示miRNA调控黄瓜果实膨大的分子机制提供理论基础和重要的基因资源。主要研究结果如下:1.构建了三个不同取样时间黄瓜果实膨大相关sRNA文库和降解组文库;sRNA库中共鉴定出分属66个家族的2522个miRNA,其中EXP5 d sRNA文库中58个已知miRNA和47个新miRNA可能在黄瓜果实膨大中发挥重要的调控作用;挑选其中差异表达量较高的11个miRNA通过实时定量PCR进行分析验证,表达结果与sRNA测序结果中的表达趋势基本一致,验证了测序数据的可靠性;降解组测序鉴定了miRNA的靶基因,GO分析发现这些靶基因主要参与了生物学进程、细胞组分和分子功能;KEGG分析表明,这些靶基因主要与环境适应性,信号转导和翻译相关。2.分别对CsamiR160d及其靶基因CsARF17、CsARF18进行生物信息学分析。结果表明,CsamiR160d上游启动子元件与果实生长及成熟相关,靶基因CsARF17、CsARF18家族功能保守,推测黄瓜CsamiR160d通过靶向ARF参与生长素信号途径调控果实膨大;优化黄瓜子叶节遗传转化体系,并将CsamiR160d超表达载体通过遗传转化导入黄瓜,最终获得9株CsamiR160d转基因苗,转化率28.13%;与非转基因黄瓜植株相比,超表达CsamiR160d黄瓜植株整个生长阶段都表现出较强的生长势,表现为株高增高,茎增粗,叶片数增多。说明CsamiR160d的超表达促进了黄瓜植株的生长。3.分别对CsaMIR319b及其靶基因CsDME进行生物信息学分析。结果表明,CsaMIR319b上游启动子元件除了与果实生长及成熟相关外,还可能在调控植物逆境胁迫等方面发挥更多的作用,CsDME家族功能同样保守,推测CsaMIR319b则可能通过调控靶基因CsDME影响黄瓜DNA甲基化,进而影响了黄瓜果实膨大。通过遗传转化将CsaMIR319b超表达载体导入黄瓜,最终获得4株CsaMIR319b转基因苗,转化率40.00%。与非转基因黄瓜植株相比,超表达CsaMIR319b转基因植株及果实生长缓慢,发育不良,转基因种子干瘪不能萌发。说明超表达CsaMIR319b抑制了黄瓜植株的生长和果实初期的膨大。
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