热处理对沙梨离体植株体内microRNAs和来源于ASGV的vsiRNAs的影响

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我国梨产区种植的梨树普遍感染苹果茎沟病毒(Apple stem grooving virus,ASGV),对树势、产量和品质都有严重影响。目前,预防果树病毒的有效措施是获得无病毒苗木,而热处理结合茎尖组织培养是获取无病毒苗的有效方法,但热处理脱除病毒的分子机理尚不清楚。本研究对37℃ld、5d茎尖组织混合样品,24℃1d、5d茎尖组织混合样品分别进行small RNA高通量测序和qRT-PCR分析验证,一方面探索热处理对梨miRNA以及miRNA调控的靶标基因的影响,另一方面探索热处理对沙梨中ASGV基因沉默发生的影响,旨在明确热处理脱除梨茎尖病毒分子机理。本研究主要内容包括:  ⑴ASGV-J2全长序列扩增及分析:ASGV-J2基因组全长为6497nt(不含PloyA尾),与国内外报道的17个ASGV分离物的基因组核苷酸相似性为79.6-82.6%,其中与来源于日本的苹果分离物P-209和中国苹果分离物T-47相似性最高,均为82.6%。ASGV-J2基因组结构同其它ASGV分离物相同,包括两个开放阅读框(ORF1和ORF2)。ORF1编码的外壳蛋白cp基因与报道的中国分离物氨基酸相似性为94.1-98.7%,与来源中国的苹果分离物YTG相似性最高。ASGV-J2基因组核苷酸序列和cp氨基酸序列进化树分析表明,不同ASGV分离物具有明显的寄主选择性。本研究明确了侵染“金水二号”ASGV-J2分离物分子特性,进一步为热处理对“金水二号”寄主体内来源于ASGV的vsiRNAs的研究提供材料。  ⑵小RNA高通量测序发掘不同温度处理条件下被ASGV感染的沙梨“金水二号”茎尖组织部位microRNAs的分析:24℃和37℃条件下共鉴定了149个已知miRNA,在梨寄主中表达量相对较高;热处理条件下7个miRNA显著差异表达,其中4个差异表达miRNA共预测到51个靶标基因;保守家族miRNA156和miRNA159分别有4个成员,其余多为2个成员。另外,共鉴定了144个新的miRNA,在梨茎尖文库中表达量均较低;其中77个miRNA为热处理条件下显著差异表达,其中64个差异表达miRNA预测到693个靶标基因。新的miRNA成熟序列5端第一个碱基为U,表明miRNA行使功能时对AGO1蛋白有偏好性;热处理条件下梨差异表达miRNA调控的靶标基因GO功能分析表明,靶基因涉及代谢,刺激反应等生物过程,参与抗病防卫反应,激素信号转导途径等;表明热处理诱导下miRNA在梨寄主基因调控网络方面有重要作用,在寄主与病原互作中起重要调控作用。  ⑶热处理条件miRNA及靶基因表达模式与病毒累积量的对应分析:采用qRT-PCR法对37℃热处理条件下差异表达显著的miRNA(选取4个已知miRNA,8个新的miRNA)在梨茎尖和基部组织部位表达模式进行分析,验证结果表明9个miRNA在梨茎尖组织表达量与小RNA高通量测序分析结果一致;结合miRNA在梨基部与茎尖部位不同表达模式,从而表明热处理条件下梨寄主miRNA表达模式具有组织特异性。另外,关联分析了miRNA靶标基因在梨茎尖和基部的表达模式,结果表明茎部组织miRNA大多负调控相应靶标基因。ASGV外壳蛋白cp基因在热处理条件下梨茎尖和基部表达量均降低,表明热处理抑制了病毒在寄主体内的复制。因此,热处理条件下miRNA及调控靶标基因在梨茎尖和基部表达模式与病毒积累量的对应分析结果揭示了miRNA调控靶标基因在降低梨病毒浓度过程中具有重要的调控作用。  ⑷热处理对来源于ASGV的vsiRNAs的影响:24℃和37℃条件下,来源于ASGV的vsiRNA数量分别为7495 reads和7949 reads,长度大小均以21nt和22nt为主;vsiRNAs对正链具有一定偏向性。vsiRNAs在ASGV基因组上分布无明显差异,表明高温并没有触发vsiRNAs表达量增多。采用qRT-PCR分析37℃与24℃处理条件下,来源于ASGV正义链ORF1、RdRp、Helicase区域及负义链ORF1、CP区域的vsiRNA的表达模式,结果表明热处理对其表达量无明显影响,与数据分析结果一致;仅来源于ASGV负义链cp基因vsiRNA表达量高于24℃。该研究结果明确了热处理条件下vsiRNA的数量及沉默热点区域种类特点,揭示高温触发了梨离体植株茎尖基因沉默,RNA沉默需要时间积累,同时也可能参与其他调控途径共同作用降低梨寄主茎尖病毒。
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