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向重力性是植物在改变重力矢量的条件下,通过弯曲来调整植株生长方向的一种应答方式。植物在微重力条件下,根茎等器官会表现出重力感知能力的消失,呈方向性随机生长。本研究运用solexa测序和基因芯片技术,分析了三维回转仪模拟微重力效应刺激后基因表达的影响。
通过solexa测序,分别分析了拟南芥根尖细胞在模拟微重力刺激前(sample0)和刺激15分钟后(sample15)microRNA的表达情况。两个小RNA库(sample0和sample15)总共测序到小RNA的27,000,000多条。在sample0库中,共检测拟南芥miRNA163个,在sample15库中,共检测到162个miRNA,分别占拟南芥已知miRNA(209个)的77.99％和77.51%,可以较好的反映拟南芥根尖小RNA情况。根据solexa测序结果,结合realtime PCR的方法,共检测到在模拟微重力效应刺激以后,有7个miRNA的表达显著上调,它们分别是拟南芥miR160、miR161、miR394、miR402、miR403、miR408、miR823。这些miRNA的靶基因参与了生长素响应、逆境胁迫、DNA甲基化等生物过程。同时,我们共确定了12个未曾报道的miRNA,其中6个miRNA在EST库中能找到相应的EST序列;其它6个miRNA基因在检测到miRNA的同时,也测序到miRNA*的存在。这些miRNA的靶基因包括液泡膜蛋白和一些蛋白激酶,涉及到根的生长发育、逆境胁迫等过程。
利用拟南芥根尖为材料,我们分析了模拟微重力效应刺激后根尖mRNA表达谱的变化,在微重力刺激后,有392个基因的表达发生了显著变化,其中347个基因表达上调,45个基因表达发生了下调。这些表达变化的基因的功能涉及到植物的许多生命过程,包括抗逆反应、细胞壁物质代谢、基因转录调控、蛋白质合成和信号转导等,这给我们在分子水平上理解和阐述植物根尖对模拟微重力效应的反应提供了有利证据。
我们构建miR402、miR408的过量表达载体,转化到拟南芥中。通过旋转90°改变重力方向的方法,给与拟南芥幼苗变重力刺激,观察转基因后代根尖的弯曲情况。与对照相比较,转miR402后代根尖弯曲没有显著变化；在转miR408后代中,发现两个株系根尖的弯曲显著滞后于对照组,初步表明miR408参与了拟南芥根尖对重力的应答。