植物miR399家族分子特征及靶基因功能分析

为研究植物miR399家族成员构成、分子特征及其靶基因功能,利用生物信息学方法对植物miR399家族成员数量、系统进化、二级结构、启动子特征及靶基因功能进行分析。共获得244个成熟miR399成员,仅分布在被子植物中,不同物种中pre-miR399和miR399的数量分布差异较大;大多数pre-miR399仅剪切为单个成熟miR399,数量最多的pre-miR399长度为64 nt,93.85%的成熟miR399序列长度为21 nt;pre-miR399序列分析显示,3′端保守性高于5′端,且大部分成熟miR399序列来源于3′端,保守序列为UGCCAAAGGAGA*UUGCCC*G;进化分析显示,miR399序列一致性较高,但不同种属间聚类关系较复杂;植物pre-miR399主要分为3种类型:①产生1条成熟miR399,且位于pre-miR399的3′端;②产生2条成熟miR399,分别位于pre-miR399的3′端和5′端;③产生1条成熟miR399,且位于pre-miR399的5′端;pre-miR399启动子区含有大量激素和胁迫响应元件;水稻miR399家族靶基因本体分析显示,细胞组分分类中的细胞和细胞部分类别占比均为59.1%,分子功能分类中的催化活性和结合类型占比分别为40.9%和45.5%,miR399调控了多个磷响应和磷转运靶基因,这些基因主要参与了植物磷代谢、应激响应、基因表达调控等多项进程。研究表明,miR399在植物进化过程中高度保守,能够响应多种不同信号,其参与了植物的多种生命过程,尤其在植物磷饥饿胁迫和磷转运中发挥重要作用。     

鹰嘴豆miR164基因家族的生物信息学分析及靶基因预测

miR164是植物特有的一类miRNA,参与调控植物的生长发育和对逆境胁迫的响应。为深入理解Car-miR164的功能和调控机制,本研究通过全基因组手段鉴定鹰嘴豆Car-miR164家族成员并预测靶基因功能,在PmiREN中获得Car-miR164家族5个成员的序列,通过染色体定位技术表明其位于鹰嘴豆Ca3、Ca4和Ca7三条染色体上。通过多序列比对发现Car-miR164家族5个成员的21 bp成熟序列的一致性很高,仅在5'端第13、17和21个核苷酸处存在差异。二级结构分析表明Car-miR164家族5个成员的前体序列都能形成稳定的茎环结构,成熟的miRNA序列均位于5'端。进化树分析表明水稻、拟南芥、苜蓿、大豆和鹰嘴豆中miR164家族成员主要聚为3个分支,Car-MIR164a与Mtr-MIR164j聚在一个分支,其他4个Car-MIR164聚在另外一个分支。靶基因预测表明Car-miR164家族5个成员的靶基因为鹰嘴豆NAC转录因子家族成员NAC09、NAC11和NAC57。转录组数据分析表明在鹰嘴豆8个不同组织中Car-miR164b/c/e的表达量比Car-miR164a/d高。本实验为进一步研究鹰嘴豆Car-miR164家族成员及其靶基因提供理论依据。     

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。     

小麦miR395a前体克隆、遗传转化及组织表达模式分析

miRNA是一类在调控植物发育和生物及非生物逆境胁迫响应过程中发挥重要功能的非编码小RNA,为了探究miR395a在小麦抗病中的功能和作用机制,比较了不同物种中的miR395a成熟序列,分析发现miR395a在不同物种中具有较高的保守性,其中小麦与拟南芥、番茄以及大豆中的miR395a成熟序列具有高度一致性。并从小麦叶片中克隆了miR395a的前体序列,并将其连接到植物表达载体pCambia1301上,构建了miR395a前体的过量表达载体,之后通过农杆菌介导的遗传转化法,转化至小麦栽培品种(百农207)中,获得56株转基因植株,并通过PCR鉴定出11株阳性转基因植株。用RT-qPCR技术对不同组织中miR395a的表达量进行分析,结果显示,miR395a为组成型表达,但在不同组织中的表达量有差异,其中在三叶期和抽穗期叶片中的表达量较高,叶鞘中次之,旗叶中表达量最低。综上,获得了过量表达miR395a前体的小麦转基因植株,为进一步研究miR395a在小麦抗病中的功能及作用机制提供了材料来源。     

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。     

小麦中MIR160基因家族的生物信息学分析及靶基因鉴定

MicroRNA (MIRNA)在植物的生长、发育和逆境胁迫应答等生物学过程中发挥着重要的作用。为了研究小麦中MIR160家族(MIR160s)的进化规律、表达模式及其靶基因,以小麦中11个MIR160s成员的前体和成熟体序列为基础,进行生物信息学分析,利用RT-qPCR结合RNA-seq数据明确MIR160s在不同小麦组织的表达模式,利用降解组测序和5’RLM-RACE技术验证小麦中MIR160s与靶基因的靶向关系。结果表明,MIR160s成熟体的序列在32个植物物种中高度保守,仅在第15和21位碱基存在多样性;小麦中MIR160s成员分别定位于1、5、6和7号染色体上;Tae-MIR160s成熟体在成熟叶片中表达量较高,其中Tae-MIR160c表达量最低;Tae-MIR160s分别可以在第1 716、1 562、1 305和1 931位碱基靶向切割TaARF11、TaARF25、TaARF34、TaARF54生长素响应因子(Auxin response factor)。本研究通过揭示Tae-MIR160s的进化规律、表达模式和靶基因,为小麦中MIR160s应答响应机制的解析提供了...     

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。     

小麦miR164及其靶基因NAC的克隆与表达载体构建

miRNA对植物的生长发育及逆境适应起到重要的调控作用。为探究miR164基因的功能及其参与胁迫的响应机制,我们首先检测了小麦miR164及其靶基因NAC2D在受到内质网胁迫后表达水平的变化,并通过克隆miR164及NAC家族的几个基因(NAC6A,NAC2D,NAC8,NAC1),分别构建其表达载体。分析表明:miR164与NAC2D在受到内质网胁迫诱导剂二硫苏糖醇(DTT)处理后,miR164上调表达,NAC2D下调表达,而经内质网胁迫缓解剂熊去氧胆酸(UDCA)处理后,两基因表达水平变化呈现出相反的趋势,表明miR164可能参与小麦幼苗内质网胁迫响应的调控。进而我们对NAC家族的几个基因分别进行克隆,并成功构建了它们的植物表达载体,为进一步探索miR164的功能及其调控机制提供了重要基础。     

小金海棠缺铁胁迫相关miR394a的克隆与表达分析

为了研究铁高效植物小金海棠的miRNAs信息及在缺铁处理下miRNA的表达变化,以进一步了解小金海棠缺铁分子调控机制。以改良CTAB法提取的总RNA为模板,从小金海棠中分离得到miR394a。通过Real-time PCR检测miR394a的表达,并利用生物信息学方法预测了miR394a的靶基因及其功能。miR394a具有高度保守性,从小金海棠中分离的miR394a与其他物种的miR394a序列高度相似。缺铁胁迫后,小金海棠的miR394a在根及叶中都有表达,但表达模式有所不同,miR394a在根部响应较为迅速,缺铁处理1天时,即有上调表达;而在叶片的响应较晚,缺铁3天时有上调表达。miR394a的靶基因预测表明,miR394a主要调控转录因子及参与代谢途径的基因。结果表明,miR394a受缺铁胁迫所诱导,参与了小金海棠缺铁调控途径,在缺铁调控中起重要作用。     

大麦HvCPP转录因子家族的全基因组鉴定与分析

CPP (Cystiene-rich polycomb-like protein)转录因子是植物中一类较小的基因家族,在植物生长发育、激素信号转导和逆境胁迫响应中发挥调控作用。本研究通过对大麦基因组的系统分析,鉴定出7个HvCPP转录因子成员,且蛋白序列均包含2个典型的CXC结构域。系统进化分析表明大麦HvCPP分为2个大类和4个亚类,与水稻OsCPP进化关系较近。HvCPP转录因子家族成员亚细胞定位均在细胞核中。HvCPP基因启动子区域存在大量的生长发育相关元件、不同激素信号响应元件和逆境胁迫响应元件。转录组数据表明,HvCPP转录因子家族成员在大麦不同发育阶段的不同组织器官中存在特异性表达,不同成员在大麦相同组织器官中的表达水平差异显著。本研究表明大麦HvCPP转录因子家族可能在大麦生长发育、激素信号传导及逆境胁迫响应中发挥重要功能。     

苹果MicroRNA的茎环RT-PCR检测及离体试管苗与田间苗表达差异

MicroRNA(miRNA)在植物的生长发育过程中起着重要作用。以改进CTAB法提取的总RNA为模板,通过设计茎环反转录引物,利用定性RT-PCR技术从寒富苹果幼嫩叶片、成熟叶片、嫩茎、幼果和根等不同器官中均检测到miRNA,并从寒富苹果叶片中克隆分离出14种miRNA。在此基础上利用半定量RT-PCR技术对寒富苹果离体试管苗与田间苗中10种miRNA的表达差异进行分析,结果发现,miR156和miR157在离体试管苗叶片中表达量明显高于田间苗幼叶。本研究建立了苹果miRNA的茎环RT-PCR检测体系,为研究miRNA在苹果植株生长发育过程中的作用奠定了基础。     

植物酰基辅酶A结合蛋白的研究进展

酰基辅酶A结合蛋白(acyl-coenzyme A-binding proteins,ACBPs)是一类脂类转运蛋白。它们对酰基辅酶A和磷脂具有高度的结合能力,在植物生长发育及胁迫响应过程中发挥重要作用。根据功能结构域和分子量大小不同,将植物ACBPs家族分为四类。随着已知基因组序列物种的增多,在越来越多的植物中发现了ACBPs。来自不同植物来源的ACBPs家族呈现出多样化的亚细胞定位和生物学功能。为了发现植物ACBPs基因家族功能在陆地植物进化过程中,尤其是在单、双子叶分离后发生的变化,总结了已报道的植物ACBPs的亚细胞定位和基因功能,并有针对性地对84种植物第四类ACBPs氨基酸序列进行多重比较和进化关系分析。单、双子叶第四类ACBP除了具有保守的功能结构域序列,还拥有各自独特的序列特征。以上序列差异为将在植物中研究第四类ACBP亚细胞定位及基因功能提供重要信息。最后提出随着单双子叶植物的分离,ACBP的功能也发生了分化。     

大豆miR482家族的生物信息学分析

为进一步对大豆中的miR482家族有更全面的了解,本研究以大豆miR482家族为研究对象,对大豆中miR482家族的前体及成熟序列的特征、靶基因预测及其表达模式进行分析.在通过miRBase搜索得到的gma-miR482家族成熟序列中,除gma-miR482b/e均位于chr.20以外,其余序列均位于不同染色体.gma...     

甘蓝型油菜PEBP基因家族的鉴定与表达分析

植物磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidylethanolamine-bindingprotein,PEBP)基因对于控制开花时间具有重要作用。油菜作为世界上最重要的油料作物之一,与模式植物拟南芥具有相似的开花习性。但有关油菜开花基因的功能研究相对较少。本研究利用拟南芥PEBP基因家族蛋白序列在油菜基因组内进行BlastP分析,获得油菜PEBP家族成员,并对其进行基因结构分析、motif预测、复制事件、进化树构建、选择压力分析和组织表达分析。结果表明,共有26个油菜PEBP基因成员得到鉴定,大部分成员含有4个外显子和3个内含子, motif-1和motif-2是PEBP成员的特征基序,超过76.9%的成员属于片段复制扩增事件。进化树分析显示, PEBP分为3个亚家族,基于转录组测序的组织表达数据表明油菜26个PEBP成员具有非常明显的组织表达特性。以上研究结果,极大丰富了我们对甘蓝型油菜开花基因及调控模式的认识,为进一步的分子育种提供了理论基础。     

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miR 1866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...     

谷子miR169家族及其靶基因的鉴定与功能分析

microRNA广泛参与植物中多个生长发育过程,miR169家族是最保守的miRNA家族之一。对谷子miR169（sit-miR169）家族进行生物信息学分析,包括染色体分布、系统进化、碱基保守性、二级结构和sit-miR169及其靶基因的表达。鉴定了15个sit-miR169,分布于7条染色体上。系统进化分析显示,sit-miR169家族前体sit-MIR169大致可以分为2簇,部分sit-MIR169成员与水稻osa-MIR169家族成员亲缘关系较近。sit-miR169的前体均可形成稳定的二级茎环结构,成熟体均产生于前体的5′端臂上,且成熟序列的碱基保守性很强。sit-miR169在花、叶和根中均有表达,具有明显组织表达特异性。sit-miR169的靶基因主要是NF-YA转录因子基因,此外还有L型凝集素类受体蛋白激酶、ω-6脂肪酸去饱和酶、转运蛋白Sec1a、SDG40蛋白、环指跨膜蛋白和核糖体大亚基假尿苷合酶SVR1基因等。miR169通过调控靶基因,尤其是NF-YA的表达量来影响植物的生长发育和对环境的应答。谷子NF-YA基因主要在根和穗中表达,表现出明显的组织表达特异性。此外,sit-miR169靶基因的表达受环境诱导,如干旱条件能进一步诱导Seita.9G521100基因在根中的表达。     

烟草Ⅰ型几丁质酶的生物信息学分析

旨在对烟草Ⅰ型几丁质酶进行生物信息学分析,了解其生物学特征,为下一步研究烟草Ⅰ型几丁质酶在烟草抗病过程中的作用奠定基础。采用生物信息学的方法,对已在NCBI 上登陆的烟草、拟南芥、水稻、菜豆的Ⅰ型几丁质酶(chitinase,ChiⅠ)氨基酸序列特征和进化关系进行了预测和分析。结果表明,这4 种植物Ⅰ型几丁质酶的分子量大小在28~37 kDa之间,均具有信号肽,结构域高度保守,均具有几丁质结合区(Cht BD1)和催化功能区(Glyco_hydro_19);烟草中的3 种Ⅰ型几丁质酶序列相似性较高,可以聚为一类;烟草与拟南芥和菜豆中的一种ChiⅠ遗传距离较近,而与水稻中ChiⅠ的遗传距离较远。通过分析发现,烟草Ⅰ型几丁质酶有着与其他植物中该酶相同的特性,为进一步研究烟草抗病蛋白提供理论依据。     

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。