陆地棉种子发育过程中microRNA的挖掘与功能研究

microRNAs(miRNAs)广泛参与调控植物的生长和发育,但这类分子是否对棉花胚珠和纤维的生长发育起到重要的作用,还有待验证。对这些小分子的认识,一般先要从序列信息的获得上开始。应用基因芯片对TM-1+5 DPA(开花后5 d)胚珠总RNA进行了miRNA的筛选研究。结果显示,含有352个探针的芯片成功钓取到199个陆地棉miRNA,其中绝大多数为首次报道。此外,对miR399研究发现,它与纤维中磷的含量变化相关;miR169可能与干旱应激反应有关。     

香蕉冷胁迫相关microRNA差异表达分析

研究香蕉miRNA在冷胁迫处理下的动态表达,初步探索miRNA在香蕉冷胁迫过程中的可能作用。利用茎环引物实时荧光RT-PCR (stem-loop qRT-PCR)策略,检测冷胁迫响应miRNA在5℃冷胁迫处理不同时间点香蕉幼苗叶片中的表达模式。结果表明,在检测的15个香蕉miRNAs中,不同的miRNA 在同一冷胁迫时间下的表达量存在很大差异。根据其表达模式,可将15个miRNA分成4组。组1 和组2中的12个miRNA (miR159e, miR159f, miR160-3p, miR397a, miR399j, miR164e, miR444a, miR408, miR5179, miR530, miR535和miR5538),在5&;#176;C冷胁迫处理下表达量总体为上调,其在胁迫过程中的平均表达水平高于对照CK (0 h) ,说明冷胁迫诱导此类miRNA的表达。第3组包括miR156l、miR162a和miR166a,其在5℃冷胁迫处理各时间点的表达量均低于对照,为下调表达,说明冷胁迫抑制此类miRNA的表达。第4组仅含一个miRNA,即miR156a,除在冷胁迫处理12 h表达量明显上调外,其余时间点均下调表达。对这些miRNAs 作用的靶基因进行预测和分析发现,它们主要参与植物的新陈代谢、信号传导和生长发育过程等。这为进一步验证与低温胁迫相关的目的miRNA 的功能提供理论依据。     

MicroRNA参与植物花发育调控的研究进展

摘 要：MicroRNA(miRNA)是一类20到24nt的非编码小RNA,通过与靶mRNA序列的互补配对产生特异性,抑制了mRNA的表达或使其降解,从而调控靶基因的表达。本文主要综述了三类调控开花时间的miRNA家族成员：miR172,miR159 / miR319和miR156。其中,miR156主要调控植物生长周期转变;miR172通过调控AP2类基因,控制开花时间和花器官的形成;miR159和miR319的过量表达均会引起一些花发育障碍,如花期延迟。此外,还介绍了其它一些与花发育相关的miRNA,并对miRNA在花形成和发育中的研究方向进行了展望。     

盐、干旱胁迫下水稻相关miRNA的鉴定及表达分析

为鉴定水稻盐和干旱胁迫下相关miRNA及其响应规律,以三叶一心水稻幼苗为材料,采用实时定量PCR的方法研究了盐(Na Cl)和干旱胁迫(PEG)0,3,6,12,24,48 h后10个miRNA及其靶基因的响应。结果表明,miRNA在盐和干旱胁迫下均存在时序性和组织特异性表达。盐胁迫处理下随处理时间的增加,miR156、miR164、miR167、miR169、miR171在根部的表达量呈上调趋势,miR159、miR160、miR319、miR398、miR1848在处理后3 h呈下调趋势,而后呈上调趋势;且在处理后3 h或6 h时所有miRNA均在地上部的表达量均最低。干旱胁迫处理后,根部miRNA随处理时间的增加基本表现为下降趋势;地上部随处理时间的延长,miR156、miR159、miR160、miR171的表达量呈先下降后维持在较低水平,而miR164、miR167、miR169、miR319、miR398、miR1848的表达量呈下调的趋势。miRNA靶基因的表达也存在明显的组织特异性和时序性,且仅少数miRNA与其靶基因的表达量呈负相关关系,证明miRNA通过调节其靶基因参与植物逆境响应及其调控网络的复杂性。     

利用solexa测序技术发掘木薯microRNAs

为了发掘木薯中的microRNAs (miRNAs),了解其在木薯中的调控机制,本研究利用Solexa测序技术在木薯中发现了大量的miRNAs,并利用一种新的miRNA定量检测技术（Multiplexed RT法）对其进行实验验证。通过对构建的3个小RNA文库进行solexa测序与生物信息学分析,最终获得19个家族93个保守的miRNA和74个新的miRNA,实验验证了测序获得的83个miRNA。在Arg7块根中特异表达的有6个miRNA,分别为miR172d、miR396c、miR398a、miR398b、miR399e、miR399f,叶片中特异表达的有13个,须根中特异表达的有3个,这些miRNAs将为深入了解木薯块根发育和淀粉累积机理提供了一个新的视角。     

杨树响应细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因预测及分析

欧美杨细菌性溃疡病是由Lonsdalea quercina subsp. Populi引起的枝干病害,给杨树的生长和生存带来极大危害。miRNA是植物响应逆境胁迫的重要调控分子,为鉴定杨树中响应欧美杨细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因,以期为林木抗病分子育种提供新的候选基因,本研究以miRBase数据库中杨树全部miRNA成熟序列为探针,对‘中林46’杨接种细菌性溃疡病后的差异表达基因进行了miRNA的靶基因预测。共筛选出杨树127个miRNA家族的276个miRNA对应的566个靶基因,涉及植物病原互作、植物激素信号传导和苯丙素生物合成等多个途径,表明miRNA参与了杨树对细菌性溃疡病菌侵染的响应。结合靶基因的GO分析、KEGG通路富集和基因功能注释,发现miR482、miR6459、miR7812、miR7835和miR396等通过靶定RPS2、NBS-LRR、AUX1、CCR、Ca2+跨膜运输蛋白编码基因,参与调控杨树对病菌侵染的响应。miR7835靶定的9个差异表达基因中有6个基因均编码苯丙素生物合成途径通路中的CCR酶,推测其可能影响杨树木质素合成,进而参与杨树对病菌侵染的防御反应。本研究发现的miRNA:mRNA调控基因对,丰富了林木抗病分子育种的基因资源,为林木抗病分子调控机制的研究提供了新的线索。     

文冠果不同花朵类型植株 miRNA 表达差异分析

为了探索miRNA在文冠果不同类型植株的花发育阶段不同组织的表达特异性，以单瓣型和重瓣型文冠果的花芽、茎、叶为试材，提取这2种类型组织的小RNA。从前期研究获得的文冠果小RNA测序数据库中筛选11个候选miRNA，采用实时荧光定量PCR法检测其在花发育不同阶段以及茎和叶片的表达特点。结果表明，11个候选miR-NA具有不同的表达形式。 Xso-M007a-b、miR167a-b与miR169在两类中都是表达量随花芽发育呈现下降趋势，Xso-M003则相反，说明了miRNA表达的时序性。在不同类型之间以及不同部位miRNA的表达也存在差异，Xso-M002、Xso-M003、Xso-M007a-b、miR169、miR319和miR827在两类型花芽中的表达量均高于茎和叶中的表达量。对不同类型、部位和时间点上的表达情况分析，表明miRNA具有明显的品种特异性、组织特异性和时序性。此外，结合miRNA的功能与其表达量差异分析发现，文冠果的形态结构特征与miRNA的表达量变化密切相关。为探索miRNA表达量的变化在林木花器官形成与不同组织分化中的作用提供了重要信息。     

科技与产品

<正>大豆耐逆性研究取得新进展中国科学院遗传与发育生物学研究所张劲松研究组和陈受宜研究组在前期的研究中鉴定到一系列大豆miRNA。该研究发现在这些miRNA中,miR 172a的表达受盐胁迫诱导。利用大豆毛状根转化体系,对miR172a的功能进行了深入研究。结果表明,在毛状根中过表达后显著增强大豆的耐盐性。一系列实验发现miR172a通过切割降解靶基因SSAC1,解除其蛋白对硫胺素(维生素B)前体合成酶基因     

火龙果miRNA表达分析的qRT-PCR检测体系建立

基于火龙果小RNA组测序序列设计miR 396 b特异引物,采用茎环法和加尾法分别对火龙果miR 396 b进行表达分析,并对2个常用内参基因5 S和U 6的稳定性进行评价,建立火龙果miRNA表达分析的qRT-PCR检测体系。结果表明,U 6作为内参基因更稳定;茎环法灵敏度高、特异性强,以茎环法设计的引物检测miR 396 b在火龙果不同组织均有表达,且在火龙果幼茎受干旱(15%PEG)处理后呈下调趋势。因此,茎环法实时定量更适用于火龙果miRNA的检测。     

基于CRISPR/Cas9技术的水稻miR1866突变体构建

microRNA(miRNA)是长度为18~25个碱基的非编码单链RNA,在植物生长发育过程中起着重要的调节作用。水稻是世界上重要的粮食作物之一,近年来调控水稻生长发育的miRNA不断被发掘,但目前关于miR1866的研究还比较少。本研究通过构建miR1866的CRISPR/Cas9表达载体,创制miR1866的突变体,挖掘水稻miR1866的功能。依据CRISPR/Cas9基因编辑技术,设计了miR1866的突变靶点,通过人工合成的方法得到包含突变靶点的特异序列,经过磷酸化修饰和退火后与载体Sg RNA连接进而与Cas9重组得到miR1866的CRISPR/Cas9表达载体,利用农杆菌介导法导入粳稻品种日本晴,获得转基因植株,结合测序结果判断转基因植株突变单株的突变基因型。本研究比较了野生型和突变体(KO1866-1-2和KO1866-2-4)在相同培养条件下苗期的根长、株高、茎基粗、鲜重和干重,结果表明:在营养液培养条件下,突变体的株高、根长、茎基粗、鲜重和干重均显著低于野生型。据此推测,miR1866对水稻的生长发育有一定的调节作用。本研究利用CRISPR/Cas9创制水稻miR1866的突变体,对研究miRNA调控途径,完善水稻miRNA调控的分子机制具有重要的意义。     

利用高通量测序技术鉴定棉纤维发育相关miRNAs及其靶基因

miRNA (microRNA)是一类21～24个核酸长度的非编码小分子RNA(sRNA),它主要通过抑制或降解靶基因来调控植物生长发育等过程.试验利用在纤维长度上有显著差异的2个回交自交系BILs (Backcross inbred lines)的0DPA (Days post anthesis)、3 DPA的胚珠和10 DPA的纤维构建6个sRNA文库并进行Solexa 测序.以已公布的棉花D5基因组序列和棉属其他序列为参考,经分析共发现561个miRNAs,其中包括254个已知的miRNAs(属于40个miRNA家族),75个候选的miRNAs和232个新的miRNAs,研究结果极大地丰富了棉属miRNAs.通过miRNA靶基因预测分析发现多数miRNAs负调控其对应的靶基因,少数正调控.KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)注释结果表明miRNA的靶基因在植物激素代谢途径中显著富集.     

Genome‐Wide Identification of MicroRNAs Responsive to High Temperature in Rice (Oryza sativa) by High‐Throughput Deep Sequencing

MicroRNAs (miRNAs) are known to play important roles in plant growth and stress response. Heat stress is a severe abiotic stresses by adversely affecting plant growth and yield. To identify heat‐responsive miRNAs at the genome‐wide level in rice (Oryza sativa), we constructed two small RNA libraries from young panicles treated or not with heat conditions. Ion torrent sequencing of the two libraries identified 294 known miRNAs and 539 novel miRNAs. Differential expression analysis showed that 26 miRNAs were downregulated and 21 miRNAs were upregulated in response to heat stress. Among them, five heat‐responsive miRNAs, including miR162b, miR529a‐p5, PC‐5P‐62245‐9, miR171b and miR169n, were validated by quantitative real‐time polymerase chain reaction. A total of 44 target genes of the differentially expressed miRNAs were predicted. These target genes are most significantly overrepresented in the cell growth process. The results demonstrated that rice miRNAs play critical roles in the heat stress response. This study opens up a new avenue for understanding the regulatory mechanisms of miRNAs involvement in the heat stress response in rice.     

棉纤维伸长阶段上下调基因及相关通路的分析

棉花纤维细胞是研究细胞发育机制的理想材料，陆地棉Ligon lintless(Li₁)是单基因显性超短纤维突变体, 其性状表现为长纤维极度缩短，分离得到的野生型(li₁)纤维发育正常。本实验通过cDNA芯片的方法对两个材料进行比较分析，采集开花前1 d到开花后7 d即–1 DPA ~ +7 DPA (day post anthesis)材料，检测到多个上调和下调基因，选择两个基因(CIPK和XET)进行RT-PCR和qRT-PCR的芯片验证。应用MAS (molecular analysis system)系统进行GO功能注释和Pathway的分析表明，这些差异表达基因参与脂肪酸代谢(fatty acid metabolism)，甘油脂代谢(glycerolipid metabolism)以及碳固定(reductive carboxylate cycle)等多个代谢途径。这些基因在突变体Li₁中的异常表达可能导致细胞中脂肪酸和脂肪含量变化，影响棉纤维细胞的正常发育。     

Cloning and Function Characteristic of GhDWF 4,an Ortholog of Arabidopsis DWF 4 from Upland Cotton (Gossypium hirsutum L.)

As one of the longest cells characterized in plant kingdom,cotton fibers were regarded as an ideal material for studying plant cell growth and development.In recent years,several reports revealed that brassinosteroids (BRs) play an important role in the growth and development of cotton fiber.To further investigate the effect of BRs on fiber cell development and illuminate the mechanism of BRs action,we cloned GhDWF4,an ortholog of Arabidopsis DWF4 from upland cotton (Gossypium hirsuturn L.).     

Genome-Wide Analysis of MIKCC Gene Family in Cotton

[Objective] In plants, floral organ identity and the process of the transition from vegetative to reproductive development is regulated by MIKC^C gene family. Whole genome analysis is helpful to understand the evolutionary history of MIKC^C genes and provides the basis for an in-depth analysis of molecular mechanism of MIKC^C family in flowering and floral organ development in cotton. [Method] Whole genome identification of MIKC^C genes were carried by HMMER 3.0 and pfam gene bias expression and were clustered based on the RNA-seq data. [Result] We identified 100 MIKC^C genes and classified them into 11 subfamilies, according to their phylogenetic relationships to the Arabidopsis and Vitis vinifera MIKC_C genes. According to their expression profiles, MIKC^C genes were classified into four types. The MIKC^C genes of C/D and E subfamily were particularly highly expressed during cotton fiber elongation stage, indicating gene functional differentiation in cotton evolution. 12 of the 100 MIKC^C genes contains miRNA target sites, indicating that the flower development and the transition from vegetative to reproductive development of cotton may be regulated by miRNAs. [Conclusion] This study not only showed the functional differentiation of MIKCC genes in cotton fiber development, but also found that MIKC^C family genes may be regulated by miRNAs in the growth and development of cotton, which provided the useful information for further functional studies of MIKC^C genes in cotton.     

Transcriptome Profiling and Analysis during Cotton Fiber Cell Development

In this project,we aim to elucidate the molecular mechanism controlling initiation and elongation of tetraploid Gossypium hirsutum fiber cells by setting up a high throughput custom-designed cDNA microarray and a systematic gene expression profiling during cotton fiber development.We first constructed a microarray consisting of more than 28,000 cotton UniESTs that we obtained by deep-sequencing of several cotton ovule cDNA libraries.     

miR172调控植物生长发育及逆境胁迫的研究进展

microRNA(miRNA)是一类内源性非编码小RNA,在植物整个生长发育过程中都起着重要作用,是基因表达的重要调控因子,而microRNA172(miR172)是众多miRNA家族中的重要的一员。为了更直观的认识miR172在植物中所发挥的作用,笔者归纳和总结了miR172在调控植物生长发育过程和响应逆境的研究进展,具体分析了miR172在植物营养生长阶段转变、开花、花器官发育、节间长度、植物商品器官发育以及逆境胁迫响应等诸多过程中发挥的作用。笔者认为miR172在植物中仍有很多未知的功能尚未发掘,因此未来深入挖掘和研究miR172在植物生长过程中更多的作用是一个重要的研究方向,在此基础上深入解析miR172在此过程中的功能、分子调控机制,为人为利用miR172调控植物生长发育奠定理论基础。     

Identification of Conserved Cotton MicroRNAs and Their Targets

No study has been performed on identifying microRNAs (miRNAs) and their targets in cotton although cotton is one of the most important fiber and economic crops around the world.In this study,we found 30 potential cotton miRNAs using a comparative genomic approach based on genomic survey sequence analysis and miRNA secondary structure.These cotton miRNAs belong to 22 miRNA families.Expressed sequence tag (EST) analysis indicated that the predicted miRNAs were expressed in cotton plants.     

调亏灌溉与合理密植对旱区棉花生长发育及产量与品质的影响

为明确合理密植条件下调亏灌溉的节水增产效果,在新疆干旱区大田研究了灌溉量(饱和灌溉、正常灌溉、调亏灌溉)和种植密度(12万、18万、24万株·hm-2)对棉花生长发育和产量品质的影响。结果表明,灌溉量和种植密度对棉花生物产量、经济系数、经济产量有显著的互作效应,但对纤维品质没有影响。调亏灌溉显著抑制营养生长,但提高了收获指数;调亏灌溉下适当提高密度,显著提高了生物产量和单位面积铃数。调亏灌溉下高密度处理组合在用水量减少20%的情况下,棉花产量与正常灌溉下中、高密度以及饱和灌溉下低密度等高产组合的产量相当。调亏灌溉配合合理密植是旱区棉花节水增产的有效栽培途径之一。