水稻种子自然贮藏老化期间长链非编码RNA(lncRNA)的变化

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水稻是我国乃至世界上最重要的粮食作物之一,水稻种子活力在南方高温高湿条件下容易下降,在贮藏运输过程中尤其如此,对农业生产造成巨大损失。国内外研究者已经围绕种子老化劣变过程开展了蛋白组学、代谢组学、基因组、转录组等大量研究,但是对于水稻老化活力下降的调控机制仍不够清晰。长链非编码RNA(lncRNA)广泛参与生物的生长发育、抗逆、生理和病理过程,但在种子中的功能研究较少。我们前期利用链特异性测序(ssRNA-Seq)以及生物信息学方法对lncRNA与人工老化过程种子的关系进行了探讨,本研究继续分析水稻种子自然老化前后lncRNA的表达差异变化,以寻找种子老化lncRNA标记。主要研究结果如下:1、转录组(RNA-Seq)的结果表明,水稻种子自然老化后上、下调差异基因在各染色体中较为均匀的分布,其中下调基因共2931个,上调基因共860个。在自然老化后种子中下调表达的基因的KEGG分类与上调表达基因有很大的差异。下调差异表达转录本的代谢通路(pathway)主要包括植物病原体相互作用、玉米素的生物合成、戊糖和葡萄糖醛酸酯的相互转化、谷胱甘肽代谢、半乳糖代谢、苯丙氨酸代谢、赖氨酸降解、亚油酸代谢、泛素介导的蛋白水解、次生代谢产物的生物合成等等;而上调基因的代谢通路主要为过氧化物酶体、硫胺素代谢、缬氨酸,亮氨酸和异亮氨酸的生物合成、2-氧代羧酸代谢、花生四烯酸代谢、C5-二元酸代谢、自噬调节、磷酸肌醇代谢等等。2、种子自然老化后,绝大部分lncRNA在老化的种子中表达量下调,共1732条。还鉴定出28个lncRNA在老化的种子中表达量上调,其中8个为已经注释的lncRNA,其余20个是新发现的lncRNA。种子自然老化后下调的lncRNA共定位基因的代谢通路是,淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号转导、植物病原相互作用、苯丙酸生物合成与代谢、内吞作用、次生代谢产物的生物合成等;下调lncRNA共表达基因的代谢通路也与共定位基因的通路类似,主要是苯丙酸生物合成与代谢、植物病原相互作用、次生代谢产物的生物合成、色氨酸代谢、亚油酸代谢、植物激素信号转导等。自然老化种子下调lncRNA相关基因(共表达和共定位基因)的代谢通路与人工老化种子代谢通路结果相近;但自然老化种子上调lncRNA相应基因的代谢通路与人工老化种子结果有所不同。3、选择测序结果中种子老化后上调的4条lncRNA进行了Q-PCR表达量测定,证实这几个lncRNA的确都在老化种子中升高,也暗示这些lncRNA可以作为种子老化程度的候选标记。
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