番茄miRNA通过跨界RNAi抑制灰霉病菌侵染的活性鉴定及分子机制研究

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MiRNA是一类不编码蛋白质的单链小分子RNA,通过与靶RNA的互补结合,诱导基因沉默,参与对真核生物的生长发育及逆境胁迫应答调控。研究发现:miRNA可以在相互作用的有机体之间传播,并在对方体内诱导基因沉默,这种机制被称为跨界RNAi。灰霉菌作为一种植物常见的病原菌,其对农作物及植物的生长存在着极大的损害,每年造成的经济损失更是不可估量。跨界RNAi作用能使植物miRNA成为环境友好的杀菌剂,抑制灰霉菌的侵染。为了鉴定番茄中跨界调控灰霉菌的miRNA分子,本论文在前期识别的番茄响应灰霉菌侵染的miRNA基础上首先通过ps RNAtarget靶基因预测,选取了能靶向灰霉菌编码基因的3个番茄miRNA:mi R827、mi R5300和miRNAn14进行抑菌活性的鉴定及作用机理研究。把经miRNA药物处理的灰霉菌的菌丝接种于烟草叶片上。3d后,与未经miRNA药物处理的灰霉菌相比,发现经miRNAn14药物处理的灰霉菌对植物的感染病斑最小,表明miRNAn14的抑菌效率最强;mi R827次之,mi R5300的抑菌斑最大,与对照没有明显差异,表明mi R5300基本没有抑菌活性。除此以外,我们还研究了不同的药物浓度抑菌效率之间的关系,结果表明,当miRNAn14药物的工作浓度为20μM时对灰霉菌的抑制效果是最明显的。另外,我们还发现双链miRNAn14的抑制作用比单链miRNAn14的作用更明显。而且这种抑制不具有植物的宿主特异性,即无论是在烟草叶片上或者在番茄叶片上都表现出相同的结果。进一步研究发现,miRNAn14药物可以抑制灰霉菌孢子的萌发。通过降解组测序,我们对灰霉基因中两个潜在的靶基因进行研究,它们分别是基因Bcin03g02170.1和Bcin10g01400.1。实时RT-PCR分析显示,经miRNAn14处理后,灰霉中Bcin03g02170.1基因的表达量在所有检测的时间点均明显下降,而另外一个基因Bcin10g01400.1的表达量却没有明显的下调。因此我们认为miRNAn14抑制灰霉菌孢子的萌发或侵染毒力可能主要是通过靶向Bcin03g02170.1中的靶基因。最后,我们对miRNA稳定性及环境安全性进行分析。我们发现当把miRNA药物放置于室温时,经过4d时间,通过RT-PCR就检测不到miRNA。为了研究miRNA药物是否会对生物造成影响,我们进行了毒性检测。结果表明miRNA药物对蝌蚪和蜜蜂均没有毒性。我们的发现为病原体和宿主植物的共同进化提供了新的证据,以及使用植物来源的miRNA控制病原菌提供了新方向。
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