Genome-wide Expression Profiling of D.longan,and Identification and Expression Analysis of NAC TF du

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:s83436776
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前体RNA经过加工形成成熟的RNA。RNA转录物经过5’加帽、3’末端加工、剪接和修饰;并在协同转录和转录后加工过程中形成动态二级结构。与编码RNA一样,非编码RNA(nc RNA)也经历了广泛的加工。转录组研究揭示了RNA在协同转录和转录后水平在调控基因表达、植物发育和植物-环境互作中的作用。植物可以在转录和转录后水平响应胁迫应答。干旱胁迫能够引起植物形态、生理、生化和分子等特征的改变。不同植物对干旱的反应可能会有所不同,包括从避免、耐受和逃避以及从压力中恢复等过程。这种反应在基因上以复杂但同步的方式进行编程和调节。nc RNA介导的遗传调控在调节植物应对干旱和其他非生物胁迫过程中发挥着重要作用。nc RNA与其靶标相互作用,形成潜在且微妙的调控网络,并控制多个基因以影响植物的整体反应。许多干旱响应的长链nc RNA和小RNA的已被鉴定和表征。本研究对干旱处理的龙眼胚性愈伤组织进行了全转录组分析,并分析了干旱胁迫后的miRNA、lncRNA、m RNA、circRNA和ce RNA网络。小RNA(miRNA)是一类重要的非编码RNA,几乎参与植物所有的生物过程,包括生物和非生物胁迫。龙眼体胚发生系统是研究胚胎发生、果实发育和抗逆性的模式系统。为更好地了解龙眼耐旱性分子基础并阐明其涉及的复杂调控网络,本研究采用BGISeq 2000平台对对照组和干旱胁迫下的龙眼EC的小RNA进行了全基因组分析。并比较了干旱处理(PEG5%和PEG 7.5%)和对照(CK)文库中高通量测序产生的miRNA的表达谱。我们挑选出186个已知的miRNA和129个novel miRNA。其中,118个miRNA在所有文库中差异表达。miRNA靶基因分析揭示了这些基因主要为转录因子、磷酸酶和蛋白质等,参与硫代谢、氨基酸、信号转导和次级代谢等途径。与运输、代谢和信号通路相关的基因参与到防御机制和耐旱性。qRT-PCR分析验证了干旱响应性miRNA的表达水平及其候选的靶标。选择了14个参与不同途径的miRNA,发现miR159a_1、miR167a-5p、miR390a-5p、miR393h、miR395a_5、miR397a_3、miR398b、miR399f_3、Dl-miR12、Dl-miR38和Dl-miR39在干旱胁迫过程中上调表达,4个miRNA下调表达。大多数miRNA靶基因在干旱胁迫后上调表达。miR159、miR164、miR393、miR395、miR171和miR166在干旱中发挥不可或缺的作用。研究结果表明,DE miRNA在生物钟、胁迫适应、植物激素信号转导和次级代谢网络中具有重要作用。植物基因组可以产生长链非编码RNA(lncRNA),其中一些已被确定为基因表达的重要调节因子。在CK-PEG 5%处理中发现了548个DE lncRNA,在CK-PEG 7.5%处理中发现了2340个DE lncRNA,在PEG 5%-PEG 7.5%中发现了2315个DE lncRNA。在所有类别中发现了106个DE lncRNA和289个DEm RNA。在CK-PEG 7.5%对比组中,LTCONS_00026116、LTCONS_00001494和LTCONS_00057672显著上调表达,LTCONS_00058846和LTCONS_00047032显著下调表达。PEG 5%vs PEG 7.5%对比组中DE lncRNAs数量最多。大多数DEG参与细胞和代谢过程、细胞结构实体、结合和催化活性等过程。结果表明,共表达的DE lncRNA-m RNAs参与了Ras信号通路、NOD样受体信号通路、Neurotrophin信号通路和MAPK信号通路。从DE lncRNA-DE m RNA网络分析中,我们发现CK-PEG 5%中有23个DE lncRNA与30个DE m RNA相互作用,CK-PEG 7.5%中30个DE lncRNA与39个DE m RNA互作,PEG 5%-PEG 7.5%中35个DE lncRNA与35个DE m RNA互作。这些基因主要与BHLH转录子、糖载体蛋白、泛素结合酶UBC、含LOB结构域的蛋白、热休克蛋白(HSP)、含锚蛋白重复蛋白(ITN1)、β碳酸酐酶(BCA)和脂肪-酸结合蛋白等相关。circRNAs在影响miRNA功能和转录调控中发挥重要作用。我们鉴定了circRNA并分析了它们在干旱胁迫下的表达情况。在CK-PEG 5%中鉴定出3136个DEcircRNAs;在CK-PEG 7.5%中鉴定出4603个DEcircRNAs;在PEG 5%-PEG 7.5%中鉴定出2973个DEcircRNAs。采用GO和KEGG富集分析对DEcircRNAs的功能进行分析。结果表明大多数circRNAs的亲本基因都参与了脂肪酸的降解和代谢以及生物合成、脂质和碳水化合物的代谢等过程。在ce RNA分析中,使用227个miRNAs和11338个m RNA评估ce RNA与靶标的相互作用关系,并在ce RNA相互作用网络中选择关系最多的10个差异表达的ce RNA,发现靶m RNA主要与果胶乙酰酯酶、琥珀酸脱氢酶、含五肽蛋白、丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶、液泡蛋白分选相关蛋白等有关。在ce RNA-miRNA差异相互作用中,有4个miRNAs(miR167d-5p、miR156a-5p、miR319a-3p和miR396a-5p)、3个lncRNAs(LTCONS_00051044、LTCONS_00002874、LTCONS_00002874和LTCONS_00017579)和2个m RNAs,这2个m RNAs分别为果胶乙酰酯酶基因和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因。NAM、ATAF1/2和CUC2形成了一个巨大的植物特异性NAC转录因子基因家族,它们参与生长、发育以及生物和非生物胁迫反应的调控。本研究对龙眼中的NAC转录因子家族进行了全面分析,发现了114个NAC基因(第2代基因组)。研究了NAC基因家族系统发育树、结构域保守性、内含子/外显子、基序、顺式调控元件、蛋白质-蛋白质相互作用以及它们在龙眼不同组织部位和体胚早期发生样本RNA-seq中的表达谱。系统发育分析表明,具有相似基因结构和基序分布的基因聚集在同一组中。顺式元件分析表明NAC基因可能在生物和生理过程中发挥作用。蛋白质-蛋白质相互作用分析鉴定了与拟南芥蛋白质同源的Dl NAC。进一步分析了Dl NAC基因在龙眼不同组织(果肉、茎、大果、幼果和花)和体胚发生过程中EC、ICp EC和球形胚GE中的表达模式。qRT-PCR结果显示Dl NAC基因在EC和GE阶段的表达高于ICp EC阶段。Dl NAC6、Dl NAC42、Dl NAC47、Dl NAC49、Dl NAC81、Dl NAC56、Dl NAC2和Dl NAC31在不同的组织和体胚三个阶段均有表达。综上,这些结果为了解龙眼NAC基因的进化、多样性和特征提供了见解,并为了解它们在植物中的生物学作用和分子机制提供了基础。干旱和盐胁迫是常见的对植物发育和作物生产具有不利影响的环境因素。植物通过触发许多非生物胁迫响应基因(包括激活若干下游信号通路和适应性网络的转录因子)来响应非生物胁迫。本文对干旱和盐胁迫对龙眼EC生长情况、脯氨酸、过氧化氢(H2O2)、脂质过氧化物(MDA)和抗氧化酶活性等的影响进行了研究。EC在含有不同浓度PEG(2.5%、5%、7.5%、10%、PEG 6000)和Na Cl(50m M、100m M、150m M、200m M)以及对照的MS培养基上培养。干旱胁迫下脯氨酸含量、H2O2和MDA含量增加。与对照相比,干旱胁迫下的SOD、POD、CAT等抗氧化活性也有所增加。在盐胁迫下,脯氨酸和H2O2含量随盐浓度的增加而降低,而MDA含量则升高;抗氧化活性在高浓度盐胁迫下也降低,而在较低浓度下增加。在植物中NAC转录因子家族成员有助于非生物胁迫诱导的信号转导。通过qRT-PCR对Dl NAC基因在干旱和盐胁迫下的相对表达水平进行分析。结果显示17个Dl NAC在干旱和盐胁迫下表达水平均显著上调。在干旱处理下Dl NAC2-1、Dl NAC73-1、Dl NAC83-3、Dl NAC100-1、Dl NAC100-5、Dl NAC101-1和Dl NAC102在PEG 10%中高表达。Dl NAC35-1/2/3、Dl NAC42-1、Dl NAC71-1和Dl NAC72在PEG 5%中高表达。这些分析为了解龙眼NAC基因在响应干旱和盐胁迫中的作用机制提供了全面视图。对干旱胁迫下龙眼的全转录组分析,我们发现miR164b、miR164a_4、miR156c_1、miR2275a-3p_2、miR2275、miR2275a_1、miR2275a-3p_2是差异表达的miRNA,干旱胁迫下靶向Dl NAC TF基因包括Dl NAC98-2、Dl NAC22-1、Dl NAC42-1、Dl NAC79-2、Dl NAC100-3、Dl NAC100-4和Dl NAC79-3。miR164b在所有类别中均上调,而其他均下调。在干旱胁迫下,发现了17个靶向龙眼中的NAC基因的DElncRNA。其中4个是新的NAC基因(MTCONS_00016968、MTCONS_00020293、MTCONS_00039868、MTCONS_00044886)和其他已知的Dl NAC。11个circRNA靶向Dl NAC TF基因。这些circRNA靶向Dl NAC72、Dl NAC41-2、Dl NAC17、Dl NAC82、Dl NAC83-4、Dl NAC8-2、Dl NAC101-4、Dl NAC101-5、Dl NAC100-6、Dl NAC100-7。综上,我们得出结论是NAC转录因子对干旱胁迫有显着响应。
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