本文關(guān)鍵詞：西瓜根系滲透脅迫下轉(zhuǎn)錄組與microRNA分析及相關(guān)基因功能研究

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【摘要】：干旱是影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要環(huán)境因子之一。我國(guó)干旱和半干旱區(qū)域約占國(guó)土面積的50%。而在濕潤(rùn)的地區(qū)也會(huì)遭受到季節(jié)性和周期性的干旱。在解決干旱問(wèn)題的方法中,培育抗旱耐旱新品種是重要的手段之一。而抗旱耐旱新品種的培育就要求我們了解作物對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)和調(diào)控機(jī)制。根系在植物吸收水分、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及感受水脅迫信號(hào)中發(fā)揮重要作用,同時(shí)也是受干旱影響最大的器官,故了解根系對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)和應(yīng)對(duì)具有重要意義。西瓜[Citrullus lanatus(Thumb.)Matsum.Nakai.]是一種重要的水果型經(jīng)濟(jì)園藝作物,其栽培面積占世界蔬菜栽培面積的7%。西瓜整個(gè)生長(zhǎng)期需要大量水分,季節(jié)性干旱及頻繁發(fā)生的自然干旱嚴(yán)重影響了西瓜的產(chǎn)量、品質(zhì),甚至整個(gè)西瓜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。M08是一個(gè)經(jīng)鑒定較為抗旱的西瓜自交系。本研究以M08根系為材料,用20%PEG模擬干旱脅迫,采用Illumina Hiseq 2500平臺(tái)對(duì)脅迫后的根系進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組、miRNA及降解組測(cè)序和分析,其結(jié)果為了解西瓜根系響應(yīng)、應(yīng)對(duì)滲透脅迫機(jī)制和西瓜抗旱耐旱遺傳改良提供了基礎(chǔ)信息。同時(shí)對(duì)脯氨酸合成相關(guān)酶的活性及編碼基因表達(dá)模式進(jìn)行了研究,明確了脯氨酸的長(zhǎng)距離運(yùn)輸方式,并將脯氨酸合成限速酶P5CS編碼基因轉(zhuǎn)擬南芥進(jìn)行了功能研究。本研究主要結(jié)果如下:(1)采用Illumina Hiseq 2500平臺(tái)對(duì)20%PEG脅迫6 h的根系及對(duì)照進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,共得到了32.99 Gb數(shù)據(jù),超過(guò)40M條長(zhǎng)125bp的pair-end reads。有5246個(gè)差異表達(dá)基因,其中2753上調(diào)表達(dá),2493下調(diào)表達(dá)。在差異表達(dá)基因中有5175個(gè)基因獲得注釋。GO分析結(jié)果顯示這些差異表達(dá)基因涉及到了信號(hào)傳遞、滲透調(diào)節(jié)、活性氧清除、轉(zhuǎn)錄因子、植物激素、蛋白合成和細(xì)胞分裂等過(guò)程。在KEGG分析中,825個(gè)差異表達(dá)基因可分到108個(gè)不同的通路中。核糖體、植物激素信號(hào)、植物-病原體互作、嘌呤代謝及淀粉和糖代謝等通路中包含了大部分差異表達(dá)基因,其中核糖體途徑被顯著改變。(2)采用Illumina Hiseq 2500測(cè)序平臺(tái)對(duì)西瓜根系PEG脅迫后其miRNA水平上的響應(yīng)進(jìn)行了研究,同時(shí)利用生物信息學(xué)預(yù)測(cè)和降解組測(cè)序的方法對(duì)測(cè)序得到的miRNA的靶基因進(jìn)行了預(yù)測(cè)。在對(duì)照文庫(kù)S01、S02、S03和脅迫處理文庫(kù)S04、S05S06文庫(kù)中分別得到了14,662,351、14,263,084、15,767,557、16,743,057、16,615,676、13,354,601和27,618,848個(gè)clean reads,通過(guò)質(zhì)量控制,每文庫(kù)的Clean Data均大于13.35M,且Q30值均大于91%。在6個(gè)樣品中總共預(yù)測(cè)到了1060個(gè)新miRNA,其長(zhǎng)度以24 nt為主。對(duì)這1060個(gè)miRNA的靶基因進(jìn)行預(yù)測(cè),其中174個(gè)miRNA預(yù)測(cè)到了456個(gè)靶基因。在這預(yù)測(cè)到的456個(gè)靶基因中,有241個(gè)基因獲得了注釋信息。差異表達(dá)的miRNA有42,其中上調(diào)表達(dá)的為20個(gè),下調(diào)為22個(gè)。在差異表達(dá)表達(dá)miRNA的75個(gè)靶基因中,只有14個(gè)基因得到了注釋。在降解組文庫(kù)中,共檢測(cè)到了66個(gè)靶基因降解位點(diǎn)和66個(gè)靶基因發(fā)生了降解。與miRNA測(cè)序預(yù)測(cè)的靶基因取交集,得到了28個(gè)共有靶基因,這28個(gè)共有靶基因涉及了SPL、HD-Zip轉(zhuǎn)錄因子及植物激素信號(hào)傳遞。(3)西瓜植株在PEG脅迫下,其莖和葉中脯氨酸含量逐漸增加,后在12 h下降;而在根中,在第3 h達(dá)到最大,后開(kāi)始下降。脯氨酸合成相關(guān)酶的酶活性及其編碼基因的相對(duì)表達(dá)量結(jié)果表明,PEG脅迫下西瓜植株中脯氨酸合成以谷氨酸途徑為主,在2個(gè)P5CS編碼基因中,以Cla006553為主,Cla017928表達(dá)被抑制。P5CS活性變化與Cla006553相對(duì)表達(dá)量變化相似。OAT酶活性較小,而其編碼基因的表達(dá)在根、莖葉中均被抑制。截?cái)嗟厣喜亢偷叵虏糠植⑦M(jìn)行干旱脅迫,其試驗(yàn)結(jié)果表明葉是脯氨酸合成的主要場(chǎng)所,在脅迫下根中脯氨酸依靠葉中脯氨酸長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)礁�。�?duì)Cla006553和Cla017928的啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)GUS的轉(zhuǎn)基因擬南芥脅迫后染色發(fā)現(xiàn),在擬南芥葉中Cla006553的啟動(dòng)子活性最高,在根中活性低。而Cla017928的啟動(dòng)子在脅迫后,根、葉中的活性均較低。這更進(jìn)一步表明,PEG脅迫下西瓜主要以Cla006553編碼P5CS酶,脯氨酸以葉為主要合成器官。(4)克隆了西瓜自交系M08的P5CS酶兩個(gè)編碼基因:Cla006553和Cla017928。Cla006553的編碼序列長(zhǎng)2166bp,編碼721個(gè)氨基酸;Cla017928的編碼序列長(zhǎng)2145bp,編碼714個(gè)氨基酸。二者核酸和氨基酸序列之間相似性為分別為74.19%和77.12%。其蛋白含有谷氨酸激酶功能域、ATP結(jié)合區(qū)、NAD(P)H結(jié)合區(qū)、亮氨酸拉鏈、谷氨酰脫氫酶功能區(qū)(G5PR)等結(jié)構(gòu)域和脯氨酸反饋抑制位點(diǎn)。轉(zhuǎn)Cla006553和Cla017928基因的擬南芥植株可顯著增加脯氨酸含量,具有較高的耐旱和耐鹽能力。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：S651

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2 田明;費(fèi)菁;胡曉湘;李寧;劉娣;孟慶勇;;microRNA-1,-133,-206在鼠肌肉中的表達(dá)譜[J];中國(guó)畜牧獸醫(yī);2009年08期

3 王春梅;李慶章;;microRNA在小鼠乳腺不同發(fā)育時(shí)期差異表達(dá)譜及作用(英文)[J];遺傳學(xué)報(bào);2007年11期

4 蔡斌;李成慧;彭日荷;熊愛(ài)生;高峰;姚泉洪;章鎮(zhèn);;葡萄microRNA的計(jì)算識(shí)別[J];華北農(nóng)學(xué)報(bào);2008年S2期

5 鄒文輝;;新奇的調(diào)控分子——microRNA[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2008年34期

6 李賀;印東升;王志剛;黃飛飛;常琳琳;張志宏;;草莓不同器官中microRNA表達(dá)差異研究[J];果樹(shù)學(xué)報(bào);2009年05期

7 魏娟;吳建勇;邢朝柱;郭立平;戚廷香;王海林;;棉花MicroRNA研究進(jìn)展[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2011年15期

8 穆松;鐘金城;陳智華;徐利娟;;牛基因組per-microRNA SNP多態(tài)性[J];西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào);2011年10期

9 李構(gòu);張辰宇;;血清microRNA在癌癥診斷中的進(jìn)展[J];東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2012年06期

10 李瑩;鞠輝明;白立景;李奎;敖紅;;豬microRNA-378-1過(guò)表達(dá)載體構(gòu)建及細(xì)胞水平驗(yàn)證[J];農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報(bào);2012年08期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 荊清;袁文俊;秦永文;;microRNA的基因調(diào)控新功能[A];中國(guó)生理學(xué)會(huì)第五屆全國(guó)心血管、呼吸和腎臟生理學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要匯編[C];2005年

2 靳新;駱志剛;王金華;管乃洋;;microRNA靶標(biāo)研究進(jìn)展[A];中國(guó)遺傳學(xué)會(huì)功能基因組學(xué)研討會(huì)論文集[C];2006年

3 ;Comparasion of Inhibitory Effects on Survivin Gene Expression in Prostate Cancer by Vector-based microRNA and siRNA[A];2008年全國(guó)生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)術(shù)大會(huì)論文摘要[C];2008年

4 朱丹霞;徐衛(wèi);繆扣榮;方成;朱華淵;董華潔;王冬梅;范磊;喬純;李建勇;;慢性淋巴細(xì)胞白血病microRNA異常表達(dá)研究[A];第13屆全國(guó)實(shí)驗(yàn)血液學(xué)會(huì)議論文摘要[C];2011年

5 Yangchao Chen;;Small molecule modulators of microRNA-34a with anti-cancer activities[A];2013醫(yī)學(xué)前沿論壇暨第十三屆全國(guó)腫瘤藥理與化療學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2013年

6 金希;厲有名;;單純性脂變與非酒精性脂肪性肝炎間差異microRNA表達(dá)譜研究[A];2009香港-北京-杭州內(nèi)科論壇暨2009年浙江省內(nèi)科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文匯編[C];2009年

7 賈新正;盧肖男;聶慶華;張細(xì)權(quán);;雞部分microRNA的同源預(yù)測(cè)與克隆驗(yàn)證[A];中國(guó)動(dòng)物遺傳育種研究進(jìn)展——第十五次全國(guó)動(dòng)物遺傳育種學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C];2009年

8 李炯;段德民;鄭克孝;;新型非標(biāo)記高通量microRNA芯片技術(shù)[A];第一屆全國(guó)生物物理化學(xué)會(huì)議暨生物物理化學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)論文摘要集[C];2010年

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10 王俊峰;李巍;吳小江;阮康成;;大鼠附睪microRNA表達(dá)譜的研究[A];第十一次中國(guó)生物物理學(xué)術(shù)大會(huì)暨第九屆全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)摘要集[C];2009年

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1 陳英云 喬蕤琳;哈醫(yī)大成功研發(fā)國(guó)內(nèi)首例microRNA轉(zhuǎn)基因及敲減小鼠模型[N];黑龍江經(jīng)濟(jì)報(bào);2010年

2 記者 陳青;2厘米以下肝癌檢出率88%[N];文匯報(bào);2011年

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1 崔洪亮;microRNA的腫瘤表達(dá)研究及協(xié)同調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析[D];中南大學(xué);2014年

2 馬建華;高粱低磷低氮形態(tài)生理特征及低氮響應(yīng)的microRNA研究[D];山西農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

3 李虔楨;microRNA相關(guān)基因遺傳多態(tài)性與冠心病臨床關(guān)聯(lián)及預(yù)后研究[D];福建醫(yī)科大學(xué);2015年

4 王耀輝;血清microRNA作為乳腺癌診斷標(biāo)志物的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

5 周霽子;環(huán)境因素對(duì)心臟畸形胎兒影響的表觀遣傳學(xué)機(jī)制[D];復(fù)旦大學(xué);2013年

6 張麗;microRNA通過(guò)調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞炎性反應(yīng)參與血管性認(rèn)知障礙發(fā)生發(fā)展[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

7 查若鵬;肝癌轉(zhuǎn)移相關(guān)microRNA的鑒定及其分子機(jī)制研究[D];復(fù)旦大學(xué);2013年

8 方硯田;結(jié)腸癌干細(xì)胞分選、差異microRNA表達(dá)譜檢測(cè)以及miR-449b-CCND1、E2F3通路在結(jié)腸癌干細(xì)胞自我更新的機(jī)制研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

9 辛成齊;椰棗microRNA鑒定及其在果實(shí)發(fā)育過(guò)程中的表達(dá)譜研究[D];中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所;2015年

10 李棟;先天性心臟病血漿microRNA表達(dá)譜及與GATA4靶序列單核苷酸多態(tài)性的關(guān)聯(lián)研究[D];山東大學(xué);2015年

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1 高智紅;應(yīng)用多樣性增量方法識(shí)別人類(lèi)基因組microRNA前體序列[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2010年

2 王娜娜;microRNA進(jìn)化關(guān)系及編碼特性研究[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2007年

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7 姜溪;血漿microRNA-486、microRNA-499在肺癌中的表達(dá)及臨床價(jià)值的研究[D];河北大學(xué);2015年

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