论文部分内容阅读
多倍化过程在促进植物物种形成和进化过程中起着十分重要的作用,几乎所有的被子植物在进化史中至少经历过一次基因组加倍事件。小RNA通过调控基因表达和染色质结构,在多倍体遗传和基因表达变化过程中起着重要的作用。基于本课题组对人工合成的芸薹属六倍体及其母本埃塞俄比亚芥、父本白菜型油菜中转录组的研究,本研究利用同样的实验系统分析了多倍化过程中小RNA表达谱及蛋白质组的动态变化。我们运用高通量测序技术全面分析了芸薹属六倍体与其亲本之间差异表达的miRNA和siRNA的表达情况。在白菜型油菜、埃塞俄比亚芥、芸薹属六倍体中分别鉴定出613、784、742个己知miRNA,共鉴定出981个己知的miRNA,其中441个己知miRNA在三个材料中均有表达,占鉴定出的己知miRNA总数的44.95%。芸薹属六倍体与其亲本之间共有618个miRNA差异表达,对这些差异表达miRNA的相关靶基因进行GO功能注释后发现,芸薹属六倍体中下调表达的miRNA的相关靶基因显著富集应激反应功能组。同时,我们发现在芸薹属多倍体中425个miRNA非加性表达,说明多倍体中miRNA具有非加性的表达模式。对加性和非加性表达miRNA的靶基因进行GO功能注释后发现,非加性表达miRNA的靶基因显著富集代谢过程、细胞过程、死亡、定位、定位的确定、应激反应等功能组。在芸薹属六倍体中,255个非加性表达miRNA(占非加性表达miRNA数目的60.00%)在多倍体中下调表达。分析芸薹属六倍体中下调表达的非加性miRNA在两个亲本中的表达模式发现,在白菜型油菜中的表达量高于埃塞俄比亚芥的miRNA更容易在芸薹属六倍体中下调表达,说明异源多倍体更倾向于抑制那些来源于白菜型油菜的miRNA。此外,我们在芸薹属六倍体与其亲本中共预测到653个新的miRNA。最后,在白菜型油菜、埃塞俄比亚芥和芸薹属六倍体中鉴定出204个siRNA簇,其中6个siRNA簇在三个材料中均有表达,占siRNA簇总数的0.61%。在芸薹属六倍体中非加性表达的siRNA簇的比例是92.16%,进一步对非加性表达的siRNA簇分析发现,90.91%的siRNA簇表现出低于亲本的表达模式。对与非加性表达siRNA簇高度相关的基因进行GO功能富集分析发现,这些基因涉及代谢过程、细胞过程、以及应激反应等多种生物过程。多倍体中非加性表达的小RNA参与调控与多种生物过程相关的基因,这可能为多倍体的进化和适应性提供了动力。我们应用iTRAQ蛋白质定量技术比较分析了芸薹属六倍体及其亲本叶片之间蛋白质的表达谱,结果在芸薹属六倍体与其亲本中共鉴定出2044个蛋白质,其中452个蛋白(占蛋白总数的22.11%)在芸薹属六倍体与其亲本之间差异表达。差异表达蛋白质主要具有电子载体活性、抗氧化活性、催化活性等分子功能,且主要涉及应激反应、免疫过程等生物过程。同时,我们发现100个蛋白(占鉴定出蛋白总数的4.89%)在芸薹属六倍体中非加性表达,这说明芸薹属六倍体中蛋白质具有非加性表达的模式。根据GO功能注释对加性和非加性表达蛋白进行功能富集分析后发现,非加性表达蛋白主要涉及细胞元件合成过程、免疫系统过程、应激反应等生物过程,这可能为多倍体的进化和适应性提供了动力。此外,在芸薹属六倍体中,311个蛋白质(占差异表达蛋白总数的68.88%)表现出亲本表达水平显性,而且芸薹属六倍体中的蛋白质更倾向于具有埃塞俄比亚芥表达水平显性。最后,我们将本研究中的蛋白质表达谱与本课题组中同样实验材料得到的mRNA表达谱进行了整合分析,发现一些基因的mRNA表达水平的变化与其对应蛋白质表达水平的变化不一致。综上所述,我们从全基因组水平上分析了芸薹属人工合成多倍体及其亲本中小RNA和蛋白质表达谱的表达模式,发现芸薹属六倍体中小RNA和蛋白质具有非加性和母本偏向性的表达模式；在芸薹属六倍体下调表达miRNA的靶基因和上调表达的蛋白质都显著富集应激反应功能组。这些结果说明小RNA和蛋白质表达水平的变化可能使得多倍体具有比亲本更高的抗逆性和更广泛的适应性,进一步加深了我们对于多倍体中基因表达调控机制的认识和理解。