玉米应答低磷胁迫相关microRNA研究

论文摘要

磷是植物生长发育过程中不可或缺的元素,与氮、钾并称为“三大元素”。但是土壤中有效磷的缺乏在全球范围都是很普遍的现象。面对土壤缺磷,植物在形态学、生理生化以及分子水平等各方面都有着相关的适应机制。玉米作为全球第一大作物,对磷的需求十分大,一旦长期缺磷将会对后期玉米的产量产生严重影响。缺磷时,玉米幼苗会采取增加根长,增多侧根数等一系列措施来应对低磷胁迫。但是,目前对玉米应答低磷胁迫的机制研究还不是十分清楚。MicroRNA被发现在拟南芥、大豆等植物响应低磷胁迫的过程中都起到了关键作用,是一类重要的调控因子。目前,玉米中已知microRNA的数目相比于其他物种还非常少,与低磷胁迫相关的micrRNA也还没有相关报道.因此,研究玉米中应答低磷胁迫的相关microRNA就显得很有必要。本研究采用Solexa高通量测序的方法,对玉米耐低磷自交系X178低磷胁迫不同时段的叶片和根系的8个样品文库进行测序,分析测序数据基本信息和已知miRNA的表达差异,并预测靶基因和新miRNA,结果如下:1.利用高通量测序技术对构建的8个不同的样品文库分别测序,一共得到87951721条原始tags,经过筛选得到44471443条高质量长度在16-30nt之间的tags,序列长度分布主要集中在21-24nt,其中以24nt为主。2.与玉米全基因组数据库、Rfam数据库以及Repbase数据库等进行比对,得到5668244条完全匹配的小RNA,并对小RNA中的各个组分进行了分类统计。3.将能与全基因组完全匹配的小RNA与miRBase数据库比对,共得到881个已知miRNA分属于32个miRNA家族,并预测得到对应的443个特异的靶基因。miRNA的长度主要分布在21～24nt,以21nt为主。miRNA在玉米的10条染色体上都有所分布。4.将对对照和处理的样品进行差异表达分析,鉴定了 miR156、miR166、miR169等共107个miRNA分属于22个miRNA家族参与应答低磷胁迫。分析低磷胁迫相关差异表达miRNA,得到叶片中特异性表达的miRNA 32种,根系中特异性应答miRNA35种;胁迫12小时特异性表达的miRNA38种,胁迫24小时特异性表达的miRNA 20种。同时,还鉴定出叶片中在胁迫12小时和24小时有一致性表达的miRNA 15个,根系中在胁迫12小时和24小时一致性表达的miRNA 11个;5.胁迫12小时后在叶片和根系中一致性表达的miRNA 15个,24小时后叶片和根系一致性表达的miRNA 10个。6.利用测序得到的881个miRNA进行靶基因预测,共有301个miRNA能预测出共计443个靶基因。并根据靶基因功能对靶基因进行了分类。7.根据低磷胁迫相关miRNAS靶基因功能的不同将22个胁迫相关miRNA家族分为了转录调控因子、蛋白质。信号转导、胁迫应答、低磷胁迫应答和未知六类。8.共计预测得到583个新miRNA,对应544个miRNA前体。共有4个miRNA参与了低磷胁迫应答。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 土壤中的磷
• 1.1.1 磷素在土壤中的形态
• 1.1.2 全球及我国土壤中磷素现状
• 1.1.3 植物对磷素利用现状
• 1.2 植物低磷胁迫相关适应机制
• 1.2.1 形态学方面适应
• 1.2.2 生理生化方面适应
• 1.2.3 分子水平的适应
• 1.2.4 玉米对低磷胁迫的适应
• 1.3 植物microRNA研究进展
• 1.3.1 植物microRNA的发现
• 1.3.2 植物microRNA的生物学特性
• 1.3.3 植物microRNA的生物合成
• 1.3.4 植物microRNA的作用机制
• 1.3.5 植物miRNA参与植物组织发育的调控
• 1.3.6 植物microRNA与非生物胁迫
• 1.4 研究microRNA的实验技术
• 1.4.1 microRNA的克隆
• 1.4.2 定量PCR
• 1.4.3 应用杂交的方法
• 1.4.4 高通量测序法
• 1.5 研究microRNA的生物信息学方法
• 1.5.1 microRNA预测
• 1.5.2 microRNA靶基因预测
• 1.6 本研究的目的与意义
• 2 材料和方法
• 2.1 实验材料及其处理和取样方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 低磷处理和组织取样
• 2.1.3 总RNA的提取
• 2.2 Solxa高通量测序
• 2.3 高通量测序的数据分析
• 2.3.1 数据初级分析
• 2.3.2 数据的生物信息学分析
• 3 结果与分析
• 3.1 响应低磷胁迫相关小RNA文库的数据分析
• 3.2 microRNA的数据比对分析
• 3.3 已知miRNA对应靶基因的预测
• 3.4 各个样品组中已知miRNA的差异表达结果
• 3.4.1 低磷胁迫相关miRNAs
• 3.4.2 特异性差异表达的miRNAs
• 3.4.3 不同时间段或不同组织部位中一致性表达的胁迫相关miRNA
• 3.5 低磷胁迫microRNA的分类
• 3.6 新的miRNA的预测
• 4 讨论
• 4.1 高通量测序数据结果
• 4.2 差异表达miRNAs的深入分析
• 4.3 玉米幼苗响应低磷胁迫的机制
• 参考文献
• 致谢
• 附录