甘蓝型油菜株型及角果长度相关miRNA和靶基因的挖掘

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microRNAs(miRNAs)是一类21-24nt的内源非编码小分子RNA,参与调控植物的发育、衰老、死亡及对各种逆境胁迫响应等。株型是一个重要的农艺性状,与作物的育种潜力,产量,收获方式息息相关。虽然有很多基因被报道参与调作物控株型,但是油菜中miRNA参与株型调控的研究还不多。本研究通过高通量测序手段对顶端组织和早期发育的角果中的miRNA和靶基因进行挖掘,以期对株型调控的分子机理有一定了解,结果如下:1.矮杆紧凑型甘蓝型油菜株型相关miRNA及靶基因的挖掘本课题组发现了一种棒状株型油菜突变体,其具有重大的育种潜力。以回交后代中矮杆紧凑株型油菜突变体(rodlike)和正常株型油菜(normal)为实验材料,对其茎顶端进行四个s RNA组学测序(两次生物学重复)和两个降解组测序,挖掘参与调控株型的miRNAs。对高通量测序结果进行生物信息学分析,最终在四个小RNA文库中共检测到了925个miRNA前体;进一步分析发现315个miRNA前体对应着74个已知的miRNA归属于38个miRNA家族,610个miRNA前体归属于327个新的miRNA。对MIRNA家族成员进行分析,发现miR169家族成员最多,其次是miR156家族,并发现一些miRNA家族成员在基因组上呈现串联重复或者随机复制事件。差异miRNA分析结果得到5个已知miRNA和4个novel miRNA在棒状突变体中显著上调表达;另外,5个已知miRNA和3个novel miRNA在棒状突变体中显著下调表达,并通过实时定量验证了miRNAs表达与测序结果一致。利用降解组测序鉴定到408个靶基因,其中25个已知miRNA家族的264个靶基因和58个novel miRNAs对应的144个靶基因。通过5′RACE验证了7个已知miRNA和1个novel miRNA的14个靶基因,证明降解组测序结果的可靠性。同时,挑选了4个差异miRNAs及其靶基因分析它们之间的关系,发现它们呈负相关性,表明miRNA-target在顶端起作用。进一步分析表明,营养元素/金属离子匮乏,能量供应不足,衰老/早熟机制,还有miR319/miR164调控的TCP转录因子参与的分生组织活动可能导致顶端分生组织的提前终止。更重要的是转基因结果表明TCP4基因能抑制顶端的生长,导致顶端终止发育。因此,我们推测miR319调控的TCP转录因子可能对双子叶植物株型的调控起重要的作用。此外,本研究中预测到的novel miRNA的功能为油菜中miRNA的研究提供了大量有用数据。2.甘蓝型油菜角果长度相关miRNA的挖掘本研究对回交后代中长角果(LS)和短角果(SS)材料开花0-7天的角果进行小RNA测序,构建了4个小RNA文库(两次重复)。测序结果总共鉴定到814个miRNA前体,其中255个前体代表36个miRNA家族的65个已知miRNA,559个前体代表394个novel miRNA。研究发现novel miRNA中有一些是已知miRNA的变异,如novelmir65和novelmir80与bna-miR164只有4个碱基差异,推测novel miRNA在进化上会越来越少,逐渐趋向于已知miRNAs。长短角果材料中的差异表达分析显示17个miRNAs在LS和SS中存在显著差异,进一步通过qRT-PCR验证了9个miRNA定量结果与测序结果基本一致。构建了LS和SS两个降解组文库,总共鉴定到522个剪切事件,包括33个已知miRNA介导的371个剪切事件和58个novel miRNA介导的151个剪切事件,且5′RLM-RACE验证的结果与降解组测序结果相符。进一步分析了5个差异表达的miRNAs及其靶基因在两个材料0,3,5,7 DAP角果中的动态表达模式,其中miR160和novelmir11在角果发育的各个时期都下调表达,表明这些miRNAs可能对角果发育起重要作用。进一步研究证实miR160在角果中有活性,并且在油菜中超量表达miR160抑制生长素响应因子的表达,转基因植株生长旺盛,角果长度增加,揭示了角果长的发育可能是通过生长素的响应途径调控。总的来说,我们推测miR159、miR319和novelmir11可能通过抑制细胞分裂,miR160通过调控生长素响应来影响角果发育;而miR2111、miR399、miR827和miR408反映了角果发育过程中磷、铜元素的供应不足,导致营养元素的缺乏对角果发育起到了限制作用。
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