响应地黄连作障碍LncRNA-RgAGT2的克隆及功能初步分析

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由于近年来,中医兴起,人们对中药的需求也与日俱增。地黄(Rehmannia glutinosaL.)作为我国重要的大宗药材之一,远销海内外,但其栽培与种植却存在严重的连作障碍,极大的影响地黄的产量和品质,探寻其分子机制已成为地黄研究领域的重要问题之一。基于前期RNA-Seq结果,筛选到特异响应连作障碍的转录本Unigene29334All,利用hiTAIL-PCR并结合RACE技术克隆获得长度为1573bp的完整转录本。通过ORF Finder分析发现,所克隆片段全部ORF均小于300nt,表明此转录本为长链非编码RNA(Long non-coding RNA,LncRNA)。结合与地黄转录组数据库的比对发现,此LncRNA最大ORF与丙氨酸乙醛酸转氨酶2编码基因(Alanine--glyoxylate aminotransferase 2,AGT2)部分区域同源,因此,将克隆获得的LncRNA命名为LncRNA-RgATG2。为进一步探究LncRNA-RgAGT2的功能,本研究检测了LncRNA-RgAGT2与RgAGT2基因在头茬和连作的5个地黄生长发育关键时期(苗期,拉线期,膨大前期,膨大中期,膨大后期)的表达模式,其结果暗示了,LncRNA-RgAGT2可能与RgAGT2基因存在调控关系。同时,LncRNA-RgAGT2在连作地黄各个时期均呈现显著波动,可以作为“标记基因”对连作地黄进行早期诊断。本研究首次发现LncRNA参与地黄连作障碍应答及调控过程,是对地黄连作障碍分子机制的有力补充。为了进一步研究LncRNA-RgATG2在地黄连作障碍中的作用,本研究构建了LncRNA-RgATG2RNAi沉默载体,通过农杆菌介导的叶盘转化法获得LncRNA-RgATG2沉默的阳性植株。结果发现,部分LncRNA-RgA TG2沉默植株在无激素处理的正常生根培养基上出现膨大现象,且LncRNA-RgAGT2与RgAGT2基因表达均呈现下调,进一步证实了LncRNA-RgAGT2与RgAGT2基因通过某种途径共同参与地黄块根膨大调控。基于前期课题组通过调节激素浓度诱导地黄在MS培养基生根膨大,本课题利用激素(6-BA和NAA)对LncRNA-RgATG2沉默的阳性植株进行处理诱导膨大,观察激素对LncRNA-RgATG2沉默植株块根膨大的影响,结果发现,在激素处理下未经侵染的再生苗和LncRNA-RgATG2沉默植株均出现膨大,且LncRNA-RgAGT2与RgAGT2基因均出现下调,但是LncRNA-RgATG2沉默植株块根明显比再生苗膨大,同时,与无激素处理的正常生根培养基上膨大的LncRNA-RgATG2沉默植株相比,激素处理加速了 LncRNA-RgATG2沉默植株的膨大。由此推测LncRNA-RgATG2参与地黄块根膨大与激素有关,可能与RgAGT2共同通过激素信号应答途径来参与地黄块根膨大调控。本课题通过对响应地黄连作障碍的LncRA-RgATG2功能的初步分析,来探索LncRNA-RgATG2在地黄连作障碍中的作用,从而进一步揭示地黄连作障碍的分子机制。
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