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植物microRNAs(miRNAs)是一类广泛分布于植物基因组中的长度在21-25nt的内源性非编码调控RNA,主要通过指导靶基因的切割或抑制靶基因的翻译从转录后水平上调控植物基因的表达。大量研究表明miRNA在生物过程中发挥着重要的作用,包括对生长发育、细胞增殖和凋亡、胁迫响应等方面的调控。而近年来的研究还发现对植物生长发育有重要调控作用的小分子RNA,也在植物多倍化过程中起着重要的作用。黑杨属于杨柳科(Salicaceae)杨属(Populus),是重要的经济、生态树种,具有极其重要的经济价值。杨树作为林木的模式植物,其基因组测序已经完成,这为杨树的研究带来了前所未有的契机。三倍体黑杨具有生长速度快,植株更为高大粗壮等生长优势,但是作为一种生长周期长、遗传背景复杂的多年生木本植物,对黑杨多倍体优势形成内在机制的认识还十分有限。
本研究以黑杨二倍体与三倍体为材料,利用Solexa测序技术,一共获得来自110个家族的773个miRNA,其中三倍体黑杨特有的miRNA为284个,二倍体黑杨特有的125个,在二倍体、三倍体共有的364个miRNA中,黑杨三倍体中表达量高于二倍体的共有132个,小于二倍体的有184个,表达量相同的为48个。从中筛选了29个保守的miRNAs,并对其靶基因进行了预测,采用RNA加尾和荧光定量RT-PCR分析29个保守miRNAs在黑杨叶片5个不同发育时期的表达水平。结果表明,候选的miRNA在不同部位都有表达,其中一些miRNAs的表达会随着倍性的变化而改变;总体上在叶片发育早期阶段大部分miRNAs在三倍体黑杨中表达量较二倍体低;在叶片发育晚期表达量迅速升高,超过二倍体,以miR160f、miR396c、miR319c、miR164a与miR167e表达量到叶片生长后期升高较为明显,说明三倍体黑杨生长势旺,叶片大与这些miRNAs高表达相关。对miR399f和miR403a对应的靶基因进行了实时定量PCR。结果表明miRNAs与相应的靶基因表达存在两种情况:miRNAs上调表达时,相应靶基因就下调表达;miRNAs的表达与靶基因的表达没有严格的负相关性。这也充分说明了miRNAs对靶基因的调控模式具有多样性。