油菜小RNA转化体系建立及miR311的功能分析

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MicroRNA(miRNA)是单链小分子RNA,由生物体内的内源基因所编码,成熟的miRNA长21nt~22nt,它可以在生物体内与靶基因结合,使靶基因被切割或翻译被抑制而实现功能调控,并且其广泛存在于真核生物中,调控各种重要的生物途径,像生长发育、激素反应和病毒诱导等方面。近年来,非生物逆境胁迫事件在我国乃至世界上频繁发生,给农作物的生产带来了巨大压力,非生物逆境胁迫包括高温冷害、干旱以及盐胁迫等。随着研究的不断深入,发现miRNAs在植物非生物逆境胁迫中也发挥着重要的作用,miRNA通过结合涉及植物非生物逆境胁迫的靶基因来抑制其翻译或切割靶基因来调节其耐受性的表达,为分析验证小RNA的功能,可以通过构建小RNA载体进行遗传转化的方法来实现。此外,HSP70蛋白家族可以很好的帮助植物应对不良环境的影响,当受到不利环境刺激时,诱导蛋白HSP70会大量产生,并帮助植物应对环境刺激。本实验主要研究的对象是通过高通量测序技术在甘蓝型油菜茎尖组织中发现的新的miRNA—miR311,构建miR311遗传转化体系,通过转基因植株的表型鉴定,分析其生物学功能:1.通过对其最小折叠自由能和二级结构进行分析,发现它可以形成稳定的茎环结构,符合miRNA的结构特点,证实了其存在的可靠性。2.对降解组测序鉴定到的10个novel miR311的靶基因进行序列对比分析,发现其中5个靶基因属于结构型热激蛋白HCP家族,3个靶基因为诱导型热激蛋白HSP家族,另外2个靶基因属于转导蛋白类基因。通过5’RACE技术验证其中两个靶基因(Bna Cnng03470D和Bna A10g27060D)确实能在体内被切割,靶基因与miRNA的相互作用进一步证实了本研究中novel miR311是真实存在的。3.为了进一步弄清novel miR311是否可以通过对靶基因HSP70-1进行切割来影响植物对非生物逆境胁迫的应答能力,本研究构建了novel miR311的超表达载体进行超量表达功能验证,对转基因阳性拟南芥植株分别进行高温、盐等环境处理。结果发现,novel miR311主要在根和叶中进行表达,在花、茎和角果中表达量相对较少;高温胁迫下,阳性株和野生型植株的表象并无很大差别,但靶基因的定量结果显示高温处理后,野生型的HSP70-1水平大幅提高,而阳性株的HSP70-1则无多大变化,随后做了植株离体失水率实验,结果表明高温后野生型植株保水性强于阳性株;盐胁迫下,野生型和阳性株植株生长都较弱小,差别不大,靶基因定量结果显示在野生型中的表达量要高于阳性株,但野生型植株并未表现出比阳性株更高的耐逆性。
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