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玉米(Zea mays)是重要的饲料作物,同时也是食品、化工、燃料、医药等行业的重要原料,在全球经济发展和粮食安全中占有举足轻重的地位。随着全球气候持续恶劣变化和水资源匮乏,干旱已经成为影响作物生长及产量的重要非生物胁迫之一。MicroRNA(miRNA)是一类广泛存在于真核生物中具有重要调控作用的非编码RNA,在真核生物的器官建成、生长发育、信号传导及逆境胁迫响应等方面具有重要的作用。本研究通过对玉米耐旱自交系AC7643、干旱敏感自交系AC7729/TZSRW及其14份重组自交系(Recombinant Inbred Lines,RILs)在正常供水和干旱胁迫下的苗期根系进行小RNA测序和总RNA测序,鉴定玉米根系中已知miRNA和新miRNA,挖掘响应干旱胁迫的miRNA并解析其与靶基因之间的表达调控模式,初步鉴定通过miRNA调控的候选基因在干旱胁迫下可能参与的生物学过程。主要研究结果如下:1.对在正常供水和干旱处理下不同干旱敏感程度的16份玉米自交系的根系小RNA测序数据进行分析,鉴定出284个已知miRNA和91个新miRNA。已知miRNA主要来自zma-MIR169、zma-MIR395、zma-MIR171和zma-MIR166家族,所鉴定到的miRNA的长度分布在18-23 nt之间,其中长度为21 nt的miRNA最多,占70.13%;超过86%的miRNA是亲代和子代所共有的,但仍有3.74%的miRNA是耐旱或干旱敏感自交系所特异表达。2.通过分析miRNA表达水平,我们发现zma-MIR168、zma-MIR159和zma-MIR166等家族在两种水分条件下表达量较高,而zma-MIR399、zma-MIR2218和zma-MIR2275等家族表达量较低;zma-MIR169和zma-MIR2275家族成员在不同自交系中的表达特异性高于zma-MIR408和zma-MIR398家族成员;在两种水分条件下亲代与子代共有的miRNA中有超过50%的miRNA在子代中的表达量低于其在亲本中的表达量。3.通过对miRNA的靶基因和模拟靶标(target mimicry)进行预测,共获得2846对miRNA/target和4910对miRNA/target mimicry。对miRNA与靶基因表达量之间进行相关性分析,发现有228对miRNA与靶基因间存在显著正相关,161对miRNA与靶基因间存在显著负相关;其中,正相关组miRNA表达量变异水平显著低于负相关组miRNA表达量变异水平,而正相关组的miRNA target mimicry表达量显著高于负相关组的miRNA target mimicry表达量。进一步分析发现miRNA主要作用于靶基因非编码区域(Untranslated regions,UTR)和外显子区域,两组miRNA作用位点没有显著差异。结合实时荧光定量验证,结果表明部分miRNA与靶基因之间表达量变化趋势在不同自交系中存在差异,表明不同耐旱性自交系间通过miRNA介导的表达调控对于干旱胁迫的响应存在一定差异;通过设计miRNA的过表达载体和两个分别具有与miRNA结合的靶基因和模拟靶标序列的荧光报告载体,利用烟草瞬时表达分析发现,miRNA target mimicry可能通过吸附miRNA间接参与miRNA与靶基因之间的调控。4.比较不同水分条件下miRNA表达变化,分析发现有50个miRNA在干旱胁迫后至少在三份材料中发生了显著变化(FDR≤0.05),主要来自zma-MIR156、zma-MIR160和zma-MIR166等家族;比较干旱敏感型和耐旱型两组材料中的miRNA表达量,发现两组miRNA表达量在两种水分条件下均存在着显著差异,并且干旱处理后两组材料中miRNA表达量变化也存在着显著的差异,耐旱型材料中miRNA表达量变化较干旱敏感型材料更剧烈。5.筛选出miR168b-3p、miR397b-5p和miR528a-5p等3个显著响应干旱的miRNA,将与这3个miRNA表达量显著相关的靶基因Zm00001d047683、Zm00001d038371、Zm00001d012101作为候选基因。通过三引物、两引物法鉴定出候选基因在拟南芥中同源基因的突变体hsr8、lac12和rglg2的纯合子,对其进行干旱胁迫、盐胁迫下的表型鉴定。干旱胁迫和盐胁迫下突变体与野生型在根长、根表面积等性状上存在着显著的差异(t检验,P<0.05),对胁迫表现出不同的耐受性。推测Zm00001d047683、Zm00001d038371、Zm00001d012101可能响应干旱胁迫与盐胁迫,并且与植物逆境胁迫下根系生长发育有关。6.结合368份玉米自交系构建的关联群体苗期植株耐旱性鉴定结果,利用混合线性模型(MLM)对miRNA介导的耐旱候选基因进行关联分析,获得了15个与干旱下植株死亡率显著相关联的SNP位点(P<0.005),共涉及9个基因,包括MYB3R-3和PCF8等3个转录因子、phospholipase D family protein等两个磷脂相关蛋白以及NOI等功能蛋白;候选基因相关SNP标记位点与干旱胁迫相关性状进行单倍型分析,挖掘到60个SNP标记位点在0.01显著水平下与干旱胁迫相关性状相关,其中有5组连锁SNP标记。