疫霉的重要功能性sRNA发掘及sRNA途径相关基因Dicer和Argonaute功能研究

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疫霉可以侵染多种作物,造成严重的经济损失。小RNA(small RNA,sRNA)是生物体内广泛存在的小分子RNA,可以从表观遗传层面对生物的生命过程进行调控。本论文围绕sRNA相关途径在疫霉发育和致病过程中的重要作用及寄主诱导基因沉默在疫霉防治中的应用,开展了相关研究。获得的结果总结如下:1.寄主植物辣椒受到辣椒疫霉侵染后的sRNA表达分析。结果表明,辣椒在受侵染后差异表达的miRNA主要调控辣椒-疫霉互作、辣椒自身的催化等。在受侵染时表达上调的miRNA参与植物对胁迫的抗逆反应及在非胁迫状态下调控自身抗病基因的表达,从而降低抗病蛋白对自身细胞的毒性。2.辣椒疫霉不同发育阶段和侵染阶段sRNA表达谱分析。表明辣椒疫霉内源sRNA中25-26 nt的sRNA丰度最高。碱基偏好性分析发现辣椒疫霉的所有miRNA均具有强烈的第八位A偏好性。功能分析表明,不同发育阶段的差异miRNA主要调控结合活性和催化活性相关的通路。首次在辣椒疫霉中鉴定到的这些sRNA的表达格局和差异特点将为深入研究疫霉属sRNA的相关功能奠定基础。3.在辣椒疫霉和大豆疫霉中分别鉴定到2个Dicer基因,并在辣椒疫霉中鉴定到3个Argonaute基因,在大豆疫霉中鉴定到至少5个Argonaute基因。分别对辣椒疫霉的DCL1,DCL2,AGO1,AGO4和大豆疫霉的DCL1,DCL2进行功能研究表明,相关基因过表达、沉默或缺失后影响了疫霉菌丝生长速率、孢子囊产量、游动孢子产量、卵孢子产量和致病力。而在烟草叶片表达疫霉sRNA相关蛋白后可恢复基因缺失的辣椒疫霉的致病力。结果说明sRNA相关途径对疫霉的正常生长发育和致病是必需的。最后比对分析了 sRNA产生途径缺陷型突变体Pcdcll沉默菌株中sRNA表达谱与亲本的差异,发现sRNA表达格局发生显著改变,表明sRNA的缺陷可能是导致sRNA相关途径突变菌株表型发生改变的原因。4.获得辣椒疫霉AGOl,AGO3和AGO4过量表达菌株,采用免疫共沉淀(Co-IP)方式获得蛋白样品,Western blot显示AGO1和AGO4杂交后均能获得正确大小的条带,说明蛋白被正确表达。提取Co-IP样品的RNA,初步的尿素胶电泳显示AGO1和AGO4能结合多种大小的RNA。对AGOl Co-IP的RNA进行sRNA测序,鉴定到一些具有潜在功能的sRNA分子,这些分子可能通过与AGO1结合形成RNA诱导沉默复合体(RISC),诱导靶基因的沉默。5.通过生物信息分析和定量研究发现两个潜在功能性sRNA miR5083和novel miR91。功能研究发现,敲除这两个sRNA前体序列后,疫霉均出现发育受阻和致病力减弱,说明这些sRNA参与了疫霉的生长和致病。利用报告基因系统验证novel miR91的两个靶基因,结果表明novel miR91能参与对靶基因的调控。6.研究了人工小干扰RNA和寄主诱导的基因沉默在辣椒疫病防治中的潜力。结果表明,靶向辣椒疫霉sRNA相关途径的HIGS能表现抗性,且抗性与对靶基因的沉默有关。该研究为植物疫病的防治新方法探索提供了思路。
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