褐飞虱取食前后苗期水稻的全转录组分析

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褐飞虱是危害水稻的主要害虫,对水稻生产造成严重的经济损失。在农业生产上,培育褐飞虱抗性水稻品种是防治褐飞虱的重要手段之一。然而,由于水稻抗褐飞虱机制研究尚不完善,发现的褐飞虱抗性基因数目有限,给褐飞虱抗性水稻品种培育带来挑战。为发掘更多褐飞虱抗性基因,本研究对褐飞虱取食前后水稻组织进行了全转录组测序,分析了水稻组织中蛋白编码基因、miRNA和lncRNA的表达变化。研究结果如下:
  1.水稻响应褐飞虱取食的基因表达差异研究
  在褐飞虱取食前后水稻转录组分析中,共发现1,104个差异表达基因。从1,104个差异表达基因中随机选取20个进行定量PCR验证,其中18个基因表达变化和测序结果一致,证明了转录组分析结果可靠。KEGG和GO功能富集分析结果表明,表达上调基因主要为氧化应激、海藻糖合成、萜烯化合物合成及一些转录因子相关基因,而表达下调基因主要参与纤维素、蛋白质和脂肪酸等大分子化合物合成反应,以及胞内物质运输、能量代谢等生理过程。此外,在1,104个差异基因中,发现61个转录因子基因和13个SA和JA通路相关基因。
  2.水稻响应褐飞虱取食的miRNA研究
  在褐飞虱取食前后水稻sRNA测序数据中分析得到766个水稻miRNA,其中包括28个novel miRNA。对分析得到水稻的miRNA进行差异表达分析,相对于未取食的水稻,在褐飞虱取食后的水稻中得到6个差异表达的miRNAs,其中Osa-miR166e、Osa-miR-Nov-4表达上调,Osa-miR167h、Osa-miR156、Osa-miR390和Osa-miR171e表达下调。
  3.水稻响应褐飞虱取食的lncRNA研究
  从褐飞虱取食前后水稻转录组测序数据中预测得到6,139条水稻lncRNA,其中6,111条为新发现的lncRNA,属于lincRNA类的最多,占总数76.5%。LncRNA特征分析结果显示,lncRNA的平均外显子个数较蛋白编码基因少,平均外显子长度也更短。对lncRNA进行差异表达分析,在褐飞虱取食后的水稻中发现195条差异表达lncRNA,其中107条lncRNA表达显著上调,88条lncRNA表达显著下调。
  本研究通过全转录组测序分析,全面、系统地分析了褐飞虱取食后水稻组织内的蛋白编码基因、miRNA和lncRNA的表达变化,其结果有助于加深水稻对褐飞虱取食的分子响应机制的理解,同时发掘出一系列差异表达的蛋白编码基因、miRNA和lncRNA,为后续功能和机制研究提供参考。
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