葡萄miR159s靶基因的鉴定及其应答GA在果实不同组织的调控作用

【目的】鉴定葡萄miR159家族成员及其靶基因,明确葡萄miR159家族成员及其靶基因应答外源赤霉素（GA）在无核葡萄果实不同组织发育过程中的作用。【方法】以‘白罗莎里奥’葡萄（Rosario Bianco）为试材,利用miR-RACE和PCR技术克隆鉴定VvmiR159a/b/c的成熟体及前体序列;通过PsRNATarget软件预测VvmiR159s的靶基因,利用生物信息学软件对其进行系统进化及保守结构域分析;通过启动子作用元件分析预测VvmiR159s及其靶基因的潜在功能;采用RLM-RACE和PPM-RACE验证VvmiR159s对靶基因的裂解作用;利用qRT-PCR鉴定其应答外源GA在葡萄果实不同组织发育过程中的时空表达模式。【结果】从‘白罗莎里奥’葡萄果实中克隆获得VvmiR159a/b/c的成熟体序列、前体序列并折叠发夹结构。鉴定到VvmiR159s的四条靶基因（VvGAMYB、VvMYB48、VvAIX15、VvGRAS-l）,其中VvmiR159s与VvGAMYB匹配程度最高,与VvAIX15匹配程度最低。靶基因系统进化及保守结构域分析显示,4条靶基因与其他物种同源基因具有较高同源性。VvmiR159s前体基因及其靶基因启动子的激素响应元件均以赤霉素和水杨酸响应元件为主,表明其可能主要通过应答这两种激素参与调控葡萄的生长发育过程。VvmiR159s在不同组织中的表达具有时空特异性,其中VvmiR159c在果皮和果肉中的表达趋势不同,在果皮中VvmiR159a/b/c与VvAIX15的表达水平呈负相关;而在果肉中,VvmiR159a/b与VvGAMYB和VvAIX15的表达模式相反。此外,在葡萄果皮、果肉中GA处理可显著下调VvmiR159a/c的表达,但却在幼果果肉中上调VvmiR159b的表达。表明葡萄miR159家族成员在果实不同组织中通过不同模式应答GA信号参与果实发育的调控。【结论】葡萄miR159家族含有VvmiR159a/b/c 3个成员;3个成员均可切割VvGAMYB、VvMYB48、VvAIX15及VvGRAS-l 4个靶基因;VvmiR159a/b/c及其4个靶基因可能以不同的GA应答模式参与调控葡萄果皮与果肉的发育。     

红花miR397a基因表达及对靶基因LAC2的调控作用

【目的】研究红花miR397a前体基因及成熟基因在红花不同组织中的表达水平,并对miR397a基因序列、靶基因及基因功能进行分析,为深入研究红花抗逆机制提供参考。【方法】提取红花籽粒、花瓣、茎、根、叶片等5个组织材料的总RNA,使用荧光定量PCR鉴定miR397a在不同组织中的表达水平;利用生物信息学方法分析红花miR397a基因序列,用原生质体转化方法验证红花miR397a调控的靶基因LAC2,并利用转基因拟南芥表型研究miR397a基因的功能。【结果】miR397a前体基因和成熟基因均能在红花不同组织中表达,且均以叶片组织中的表达量最高,分别是籽粒组织的2.5与1.9倍,差异达极显著水平;miR397a序列在不同物种间高度保守,序列中仅存在1~2个碱基的错配或缺失;miR397a对LAC2基因有调控作用,miR397a的过表达可引起LAC2表达水平降低,红花miR397a表达引起植物对NaCl的敏感性增加。【结论】红花miR397a在叶片组织中的表达量最高,基因序列保守,且红花miR397a表达可增强植物对NaCl的敏感性。     

盐穗木miR167d和预测靶基因ARF8在盐胁迫下的表达与相关性分析

【目的】盐穗木(Halostachys caspica)是一种藜科多年生盐生灌木,对盐分适应性极强。miR167是作用于生长素信号通路上的内源非编码小RNA分子,它通过靶向生长素响应因子ARFs(auxin response factors)来调控生长素响应基因的表达。研究从高盐(600 mmol/L NaCl)处理48 h盐穗木根的小RNA文库中筛选到差异表达的miR167d,并从该物种的转录组数据中预测到其靶基因ARF8。该文开展了高盐胁迫下盐穗木miR167d和预测靶基因ARF8的表达模式和相关性分析。【方法】通过荧光定量PCR试验检测和分析高盐胁迫下盐穗木miR167d和预测靶基因的表达模式和相关性;利用烟草瞬时表达试验间接地鉴定盐穗木miR167d对预测靶基因ARF8的靶向关系;采用同源克隆方法结合RACE技术获得盐穗木miR167d的靶基因ARF8的全长序列,并进行生物信息学分析。【结果】(1) 600 mmol/L NaCl处理盐穗木,其同化枝中miR167d和ARF8的表达均受到诱导,胁迫48 h时,miR167d的表达最高并与靶基因的表达呈现显著的负相关性,HcARF8基因的表达随胁迫处理时间的延长呈现先增加后下降的趋势,推测盐穗木miR167d和ARF8两基因可能在响应盐胁迫过程中发挥作用。(2) 构建融合GFP的含预测靶基因HcARF8的植物表达载体并转化农杆菌,烟草瞬时表达试验的结果表明,拟南芥miR167d对盐穗木ARF8基因具有剪切作用,间接证明盐穗木miR167d对预测的靶基因HcARF8具有靶向切割作用。(3) 克隆获得的盐穗木ARF8基因全长2 861 bp,ORF 2 442 bp,编码813个氨基酸,在编码区与盐穗木miR167d高度互补匹配。生物信息学分析该基因编码的蛋白高度保守,与同科植物甜菜ARF8同源性达到87%,都具有能与生长素相关元件(B3 DNA绑定元件、生长素响应元件,生长素诱导转录IAA超家族的元件)结合的功能域。【结论】盐穗木miR167d和HcARF8基因具有靶向关系,高盐胁迫处理盐穗木,其同化枝中两基因的表达都受到诱导并呈现显著的负相关性。这些结果为后续阐明盐穗木miR167d与其作用的靶基因ARF8的生物学功能奠定基础。     

铁皮石斛miR168分子进化特征及响应蓝激光表达分析

笔者在关于铁皮石斛miRNA组学研究中发现较多响应蓝激光的miRNA,挑选关键且差异表达的miR168进行分子进化特征及其响应蓝激光表达分析。经对前体和成熟体分类统计、进化树构建、靶基因预测、启动子顺示作用元件及响应不同光质表达等进行分析,结果显示：miR168家族成员分布在40个植物物种中,前体和成熟体成员较少,其在植物中可能进化得不够完整;物种特异性是影响miR168前体进化特性的重要因素,而序列保守性是影响成熟体进化特性的主要因素;由3p臂上形成的miR168成熟体序列有较高特异性、5p臂形成的成熟体的序列保守性较高;Mfold和Rfam预测表明铁皮石斛miR168茎序列的保守性高于环序列,前体发卡结构较多,成熟体位置位于3p臂上,既包含茎序列也包含环序列;铁皮石斛miR168a的启动子主要包括光、激素、生物和非生物胁迫响应元件,可能通过这些顺式元件在其响应蓝激光中起调控作用;铁皮石斛响应蓝激光的靶基因主要包括ABC转运蛋白B家族成员、乙酰辅酶 A 乙酰转移酶等,主要参与植物生长发育和响应外界因素。实时荧光定量PCR结果表明,铁皮石斛miR168a与其靶基因gene-MA16_Dca006149、gene-MA16_Dca020995、gene-MA16_Dca017821参与蓝激光对铁皮石斛的影响。     

葡萄miR164家族生物信息学分析及靶基因预测

MicroRNAs（miRNAs）对植物抗逆及生长发育过程起着重要的调控作用,而miR164是植物特有的miRNA,它对应的靶基因主要是NAC转录因子家族。采用生物信息学方法对葡萄以及其他几个物种的miR164家族成员前体进行进化分析、前体二级结构预测、成熟序列碱基保守性分析以及在葡萄NAC转录因子家族71个成员中进行靶基因预测分析。结果表明：葡萄miR164家族成员的前体序列与双子叶植物聚在一个分支,符合进化规律;葡萄miR164家族4个成员前体序列均可形成稳定的二级茎环结构,成熟序列的碱基保守性较高;葡萄miR164家族成员对应的NAC家族靶基因有2个（GSVIVT01007982001与GSVIVT01020478001）,经在NCBI进行BLAST分析,发现均与植物的根发育相关。这暗示着葡萄miR164家族与其靶基因在植物的抗逆过程中发挥重要的调控作用。     

马铃薯低温响应的ScmiR390-5p及其靶基因表达与结构分析

【目的】研究马铃薯富含亮氨酸重复序列(leucine-rich repeat receptor-like protein kinase LRR-RLK)类受体蛋白激酶基因SCLRRK1受miR390（ScmiR390-5p）调控响应非生物胁迫的机理。【方法】通过低温响应马铃薯miRNA测序分析与靶基因预测,发现ScmiR390-5p通过调控1个可能的LRR类受体蛋白激酶基因对低温做出响应;利用实时荧光定量PCR技术（Quantitative Real-time PCR,RT-qPCR）验证ScmiR390-5p和SCLRRK1响应低温胁迫的表达情况;利用RLM-5′RACE确定ScmiR390-5p作用于SCLRRK1的切割位点;利用PCR技术克隆得到SCLRRK1的DNA序列和CDS序列,生物信息学分析SCLRRK1的结构和功能;利用RT-qPCR分析ScmiR390-5p/SCLRRK1在马铃薯各组织中的表达情况及其响应各种非生物胁迫的表达情况。【结果】RT-qPCR结果表明,低温诱导ScmiR390-5p表达,SCLRRK1的表达则受到低温的抑制,ScmiR390-5p和SCLRRK1的表达在低温胁迫下呈负相关性;RLM-5′RACE分析表明,ScmiR390-5p作用于SCLRRK1的切割位点是ATTCCT//CCTGAGTT,马铃薯ScmiR390-5p/SCLRRK1调控模块在低温响应中起作用。克隆结果表明SCLRRK1的CDS序列长度为2 685 bp,编码894个氨基酸,DNA序列长度为3 549 bp,含有1个内含子、2个外显子、3′非编码区和5′非编码区,ScmiR390-5p的靶位点位于SCLRRK1 CDS序列内部（960—981 bp,GGAACTATTCCTCCTGAGTTT）。生物信息学显示SCLRRK1是1个富含亮氨酸重复序列(leucine-richrepeat,LRR)的类受体蛋白激酶基因,编码的蛋白属于跨膜分泌蛋白。马铃薯组织表达RT-qPCR分析显示,ScmiR390-5p在叶中的表达量最高,根次之,茎中（地上茎、块茎和匍匐茎）表达量较低;而SCLRRK1的表达情况与ScmiR390-5p相反,其在叶中的表达最低,在茎中表达最高（匍匐茎>块茎>地上茎）。多种非生物胁迫结果显示,ScmiR390-5p和SCLRRK1表达在NaCl胁迫下呈负相关,ScmiR390-5p受到NaCl胁迫诱导表达。与对照相比,ABA和6-BA处理下ScmiR390-5p表达先下降之后呈波浪小幅回调;6-BA处理下SCLRRK1表达持续升高,ABA处理下SCLRRK1表达先上升后下降。GA₃、PEG和IAA处理8 h时,ScmiR390-5p的表达达到峰值,GA₃、PEG和IAA处理都能诱导SCLRRK1表达,但其变化趋势与ScmiR390-5p相关性不强。【结论】SCLRRK1具备编码LRR类受体蛋白激酶的核酸、氨基酸序列和结构基础,是ScmiR390-5p的靶基因;ScmiR390-5p/SCLRRK1调控模块在马铃薯组织器官中具备明显作用;ScmiR390-5p在转录后水平通过抑制马铃薯SCLRRK1的表达对低温胁迫做出响应,同时,马铃薯ScmiR390-5p/SCLRRK1调控模块在NaCl和6-BA胁迫响应中起作用,但不对ABA、GA₃、IAA和PEG胁迫做出响应,ScmiR390-5p和SCLRRK1分别在转录水平受到ABA、GA₃、IAA和PEG胁迫信号调控。     

盐胁迫下盐穗木miR393b与预测靶基因HcTIR1的表达及相关性

【目的】研究盐胁迫下盐穗木生长素通路中miR393b和预测的靶基因TIR1的表达模式和相关性。【方法】采用生物信息学方法预测盐穗木miR393b的靶基因;通过qRT-PCR方法检测盐胁迫下盐穗木miR393b及预测靶基因HcTIR1(transport inhibitor response1)的相对表达模式,并分析其相关性。【结果】miR393b成熟体在不同植物种中高度保守;盐穗木miR393b预测的靶基因为TIR1;盐胁迫处理,盐穗木同化枝中两基因响应高盐胁迫,并具有一定的负相关性。【结论】盐穗木miR393b和预测的靶基因响应高盐胁迫,二者具有一定的负相关。该结果为进一步探讨盐穗木miR393b与预测靶基因TIR1的生物学功能奠定基础。     

2020-06ml 目录

目的异形叶性是植物为适应环境在同一植株上产生多种形态成熟叶片的现象。胡杨是典型的木本异形叶植物,前人研究发现,胡杨异形叶片间展现出不同的生理特性及环境适应性。本研究拟通过对胡杨异形叶差异表达miRNA及其靶基因功能的分析,揭示胡杨叶片形态及其生理变化的分子调控机制。方法以成年胡杨披针形叶和锯齿卵圆形叶为实验材料,通过高通量测序对其miRNA的表达模式及差异表达miRNA的靶基因功能进行比较研究。结果共获得6个高质量的sRNA文库,各文库有效序列占原始序列的56% ~ 81%。通过比对,共鉴定517个已知miRNA和127个新预测miRNA,主要长度分布区间为20 ~ 22 nt,其中的389个miRNA匹配至54个已知的miRNA家族。两种形态叶片共同检出的miRNA有369个,与披针形叶片相比,锯齿卵圆形叶中7个miRNA上调表达,15个下调表达。通过靶基因预测及功能分析,发现差异表达miRNA参与调控胡杨异形叶的抗逆相关途径,如对盐胁迫的响应,磷酸肌醇代谢,角质、软木脂和蜡的生物合成,碱基切除修复和RNA降解等代谢途径。利用实时荧光定量PCR验证了5个差异表达miRNA的表达趋势与高通量测序结果一致,通过PCR检测发现差异表达miRNA与其靶基因存在一定的负调控关系。结论胡杨异形叶中miRNA表达模式存在差异。其中,调控植物生长发育的保守的miR167、miR166及调控植物抗逆性的miR172在锯齿卵圆形叶中表达量上调,参与植物逆境响应的保守的miR169、miR396在锯齿卵圆形叶中下调表达,推测差异表达miRNA引起了异形叶间形态的差异,同时使锯齿卵圆形叶对不利环境具有较强的耐受性。这与我们前期有关胡杨异形叶形态与生理特性的研究结果相一致。      

文心兰miR168分子进化特性及其对软腐病侵染的响应模式

【目的】探究文心兰miR168的分子进化特性,揭示文心兰miR168a及其候选靶基因响应软腐病菌侵染的表达模式。【方法】以文心兰miRNA文库、转录组数据库及miRbase数据库获取的植物miR168前体和成熟体序列为研究对象,利用生物信息学方法对其进行系统进化树构建、保守性分析、前体二级结构分析及靶基因预测;通过PCR技术克隆文心兰miR168a前体,采用qRT-PCR技术分析miR168a及其候选靶基因在文心兰不同组织（根、叶、假鳞茎）和感染软腐病（0,12,24,36和48 h）不同时间的表达模式。【结果】植物miR168序列保守性较高,来源于miR168前体的5p臂保守性高于3p臂,miR168前体分歧较大,茎序列的保守性高于环序列;从文心兰中克隆得到93 bp miR168a前体序列,包含21 nt miR168a成熟体序列。进化分析表明,物种亲缘关系对其前体和成熟体序列的形成影响较小;二级结构显示,文心兰miR168a前体能形成典型的发卡结构,其成熟体位于前体的5p臂;随着软腐病侵染时间延长,文心兰miR168a与其候选靶标RNA剪切复合体核心蛋白（AGO1）、RPM1互作蛋白（RIN4）、羧酸酯酶（CXE8）的表达趋势基本呈负相关,而与其候选靶标RNA解旋酶（PRH47A）、泛素羧基末端水解酶（UCH）的表达趋势呈正相关,说明可能存在其他miR168家族成员或miRNAs同时调控。【结论】文心兰miR168与其他植物miR168进化上兼具保守性和特异性,miR168a上调表达可能会增强文心兰的抗病性。     

小麦IQM基因家族鉴定及非生物胁迫下表达分析

IQM基因是钙调素结合蛋白家族中的重要分支,在植物生长发育和应激反应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学方法在小麦全基因组中鉴定出23个IQM基因家族成员,对其染色体位置、理化性质、系统进化关系、基因结构、蛋白保守结构域、启动子顺式作用元件和基因表达特性等进行了系统分析。结果表明,TaIQM基因家族成员随机分布在小麦18条染色体上,亚细胞定位结果显示所有基因均位于细胞核中,系统进化分析将其分为3个亚类,同一亚类间基因结构、蛋白保守结构域相似度较高,推测其功能相似;顺式作用元件分析表明,TaIQM基因家族成员启动子中含有多种与逆境胁迫及生长发育相关顺式作用元件;转录组数据分析显示,TaIQM基因家族成员在不同时期的根、茎、叶、穗和籽粒中表达量存在显著性差异;qRT-PCR分析显示,在小麦苗期地上部和地下部,TaIQM基因响应干旱、低温、高温、NaCl、ABA等多种胁迫,显示上调或下调表达。初步推断这些基因可能通过Ca²⁺信号通路参与非生物胁迫调控,研究结果为全面解析TaIQM基因结构与生物学功能、非生物胁迫响应分子机制提供依据。     

杜仲miR172基因家族的生物信息学分析与功能预测

为了解杜仲miR172家族成员的进化特征及其在杜仲生长发育过程中的作用.从杜仲小RNA高通量测序结果(登录号:SRP216820)及已发表文献中获取杜仲miR172家族前体和成熟体序列,进行序列比对、WebLogo保守性分析、系统发育树构建、前体茎环结构预测、启动子结构分析、靶基因预测及功能预测.结果表明,杜仲miR1...     

vvi-miR172s及其靶基因响应赤霉素调控葡萄果实发育的作用分析

【目的】miR172是植物生长发育的重要调节因子,阐释vvi-miR172s及其靶基因应答赤霉素在葡萄果实不同组织发育过程中的作用,从miRNA角度认识GA调控葡萄果实发育的作用机制。【方法】以‘白罗莎里奥’葡萄为材料,以miR-RACE和PCR技术克隆vvi-miR172a/b/c/d的成熟体和前体序列,由psRNA Target软件预测vvi-miR172s的靶基因;利用RLM-RACE技术验证vvi-miR172s剪切靶基因的裂解作用及其作用位点;采用生物信息学软件对靶基因、靶蛋白进行系统进化、序列结构分析及亚细胞定位预测;通过在线软件PLANTCARE进行启动子作用元件分析;通过qRT-PCR和芯片数据分析vvi-miR172s和靶基因在不同器官、不同发育阶段的基因表达图谱,以及应答GA₃在果实不同组织中的时空表达模式。【结果】克隆鉴定了vvi-miR172a/b/c/d的成熟体和前体序列,预测到VvAP2、VvRAP2-1、VvRAP2-2和VvRAP2-3四个靶基因,验证到裂解产物及其裂解位点,证明它们为vvi-miR172s的真实靶基因。序列结构分析...     

盐胁迫下水稻体内miRNA表达谱分析

miRNA是生物体内起重要调控作用的一类非编码小RNA分子，在转录后水平调控基因表达，参与生长发育、抗逆等生物学过程。高通量测序法是鉴定植物中miRNA最有效的方法之一。提取盐胁迫处理不同时间的水稻根、茎和叶部的总RNA，从中分离18~30 nt小分子RNA构建文库，进行高通量测序，对miRNA表达谱特性进行了分析。结果表明，所有样品共检测到248个已知的miRNA，来源于132个不同的家族，根、茎、叶中分别有31、11、9个差异表达miRNA，分属于29个家族，靶向592个功能基因，并对其中5个差异显著且与非生物胁迫相关的重要miRNA进行了qPCR分析检测，结果显示Osa-miR166h、Osa-miR166k上调表达，Osa-miR169h、Osa-miR530下调表达，针对Osa-miR169h的4个靶基因进一步定量检测，其中的3个靶基因上调表达，这与Osa-miR169h的下调表达结果相一致，以上结果说明miRNA在植物抵御非生物逆境胁迫的过程中扮演重要角色。     

盐胁迫下水稻体内miRNA表达谱分析

miRNA是生物体内起重要调控作用的一类非编码小RNA分子,在转录后水平调控基因表达,参与生长发育、抗逆等生物学过程。高通量测序法是鉴定植物中miRNA最有效的方法之一。提取盐胁迫处理不同时间的水稻根、茎和叶部的总RNA,从中分离18~30 nt小分子RNA构建文库,进行高通量测序,对miRNA表达谱特性进行了分析。结果表明,所有样品共检测到248个已知的miRNA,来源于132个不同的家族,根、茎、叶中分别有31、11、9个差异表达miRNA,分属于29个家族,靶向592个功能基因,并对其中5个差异显著且与非生物胁迫相关的重要miRNA进行了qPCR分析检测,结果显示Osa-miR166h、Osa-miR166k上调表达,Osa-miR169h、Osa-miR530下调表达,针对Osa-miR169h的4个靶基因进一步定量检测,其中的3个靶基因上调表达,这与Osa-miR169h的下调表达结果相一致,以上结果说明miRNA在植物抵御非生物逆境胁迫的过程中扮演重要角色。