东西方梨比较基因组学研究和‘砀山酥梨’果实miRNA的鉴定

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梨(Pyrus)栽培种主要分为东方梨(P.bretschneideri)和西洋梨(P.communis)两大类群,‘砀山酥梨’和‘巴梨’分别是两个类群的代表性品种,均已完成全基因组测序,本研究开展比较基因组研究有利于揭示东西方梨在遗传组成上的差异。MicroRNA(miRNA)是一种小的、内源性的RNAs,已有广泛研究表明miRNA能参与植物的生长发育。本研究以东西方梨基因组测序数据为基础,分析讨论了两个梨品种基因结构变异乖果实品质性状差异;此外,对‘砀山酥梨’果实发育中的miRNA进行鉴定,预测了miRNA靶向的基因及所参与的梨果实发育的代谢通路,并重点分析了miR397与果实石细胞发育的关系,主要结果如下:  1.利用生物信息学方法对‘砀山酥梨’(Pyrus bresteschneideri)和‘巴梨’(Pyruscommunis)进行比较基因组研究。在两个基因组中共得到7,512个共线性区块,并鉴定到57,157个基因插入与缺失变异和8,134个基因家族拷贝数变异,通过进化关系的分析估算出东西方梨的分化时间为6.4Mya。根据与果实品质相关的基因分类信息,解析了两者在果实糖、酸、木质素、香气等品质性状的差异及其相关基因变异的关系。  2.利用Illumina HiSeq2000测序平台和生物信息学技术方法,对梨果实发育不同阶段的miRNA进行了鉴定和表达谱分析,并结合实时荧光定量PCR技术对测序得到的miRNA的表达结果进行验证。从果实6个不同发育时期的样本构建的smallRNA文库中共得到了19,030,925至25,576,773条不等的总reads,鉴定出了362个保守的和297个新的梨果实中的miRNA。在10kb和100 kb的范围内分别鉴定到14个和66个miRNA簇。分析显示,包括miR395、miR399、miR156等在内的8个miRNA在12个物种中具有较高的保守性。  3.基于测序鉴定到的梨果实中的miRNA,着重分析参与梨果实发育及相关代谢通路中的miRNA及其功能。miRNA表达谱分析显示在梨果实不同发育时期里平均有90个miRNA具有显著的表达差异。经生物信息学分析预测得到了188个保守miRNA的2,216个靶基因和184个新的miRNA的1,127个靶基因。与KEGG、GO数据库比对,注释到有11个miRNA推测参与木质素生物代谢,有9个miRNA参与糖酸代谢,还有一些miRNA会参与调控激素信号。  4.以鉴定到的可能参与石细胞合成调控的miR397为研究对象,分析miR397在‘红香酥’果实发育中的表达,对比‘红香酥’果实中石细胞的变化,发现miR397在石细胞发育的关键时期表达值下降,而在果实发育后期表达值有所回升,揭示了miR397可能参与调控梨果实石细胞发育的过程。同时,构建了‘pCAMBIA-pre-miR397’的过量表达载体,为进一步验证miR397的功能奠定了基础。
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