基于mRNA和miRNA组学研究内生真菌提高野大麦耐盐机理

来源 :兰州大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:a15892465043
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本研究结合部分理化指标,用高通量测序方法对内生真菌提高共生体野大麦耐盐性的mRNA和miRNA进行研究,从植物基因和内生真菌基因的转录层面揭示了内生真菌促共生体野大麦耐盐的分子机理,并从miRNA水平阐明内生真菌在野大麦耐盐过程中调控机理。主要结果如下:1.在温室中用营养液水培同质的带菌野大麦(E+)和不带菌(E-)植株,确定带菌情况后对其进行200mmol/L氯化钠胁迫处理6 d后取其茎叶迅速冻于液氮,保存于-80℃冰箱。用其测定理化指标,结果为:盐胁迫下内生真菌提高了野大麦叶绿素a,b和类胡萝卜素含量,提高了抗氧化酶SOD,CAT和POD活性,并且带菌提高了渗透调节物质如脯氨酸和可溶性糖含量,减少了叶片水分损失。2.用高通量测序法对野大麦四样本进行转录组测序,明确了盐和菌对野大麦植株基因差异表达的影响机理。以大麦为参考基因组,用生物信息方法分析了内生真菌和盐对野大麦植株基因表达的影响,得到带菌野大麦上调表达的差异基因数多于下调表达的;盐胁迫对其影响为下调表达基因多于上调表达。与真菌相关的差异表达基因总数为598个,与盐相关的差异表达基因总数为401个。对差异基因进行功能分析,得到差异表达基因多影响代谢途径,内生真菌还显著影响植物免疫、植物-病原物互作、真菌、植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢等通路。综合分析与茉莉酸合成相关的差异基因,提出内生真菌通过调控茉莉酸相关途径代谢网络来影响宿主茉莉酸的合成。3.通过对离体内生真菌高通量转录组测序并与野大麦共生体转录组数据的内生真菌相比,发现共生显著影响真菌基因表达。共生真菌与离体真菌相比,下调表达的基因数多于上调表达的基因数。E+CK vs Pure Fungi内生真菌总差异基因数1532个,E+200 vs Pure Fungi总差异基因1463个。差异内生真菌基因功能聚类结果显示,共生后显著影响到了糖代谢、脂代谢、核糖体、次生代谢物、嘌呤和嘧啶代谢、氨基酸代谢、信号转导、氧化磷酸化、维生素、质体、过氧化物酶体等通路。在共生真菌和离体真菌相比的两组结果中CAT、SOD相关基因均上调表达,而在植株差异基因分析中没有检测到相关基因差异表达,但在植株叶片的CAT和SOD酶活性测定结果中也得到了盐胁迫下带内生真菌显著高于不带菌的。因此本研究结果恰好从基因水平解析了盐胁迫下内生真菌促进宿主CAT和SOD活性升高的分子机理,此机理主要来源于内生真菌相关基因的上调表达。4.通过对四样本野大麦植株进行高通量小RNA组测序,明确了在盐和内生真菌影响下小RNA对野大麦植株耐盐的转录后调控机理。获得的有效序列比对到大麦基因组和Rfam数据库,本研究鉴定得到已知和新的miRNA共316个,其中新的成熟miRNA 257个。与耐盐相关的已知差异miRNA有hvu-miR156和hvu-miR6209;与内生真菌相关的已知差异miRNA有hvu-miR5050,hvu-miR5049d,hvu-miR6191,hvu-miR6199,hvu-miR6214。差异表达的与盐相关新miRNA有7个,与内生真菌相关新miRNA有15个。对差异表达miRNA进行靶标预测,并对靶基因进行GO和KEGG功能分析,发现盐和内生真菌都会使小RNA调控代谢途径,次生代谢产物的生物合成,植物激素信号转导,RNA转运,嘌呤代谢,内质网蛋白质加工,剪接体相关靶基因。此外,盐胁迫下小RNA调控一些氨基酸、糖类、硫胺素、黄酮相关靶基因。内生真菌影响小RNA调控氨基酸、嘧啶、酮体、苯丙素、N-多糖、丁酸甲酯的靶基因,并且影响光合作用,氧化磷酸,RNA降解,核糖体,泛素介导的蛋白降解,植物病原菌互作,过氧化物酶体的靶基因。提出了miRNA通过相关信号通路调控盐胁迫的作用机制,尤其是茉莉酸信号通路调控在盐和内生真菌影响下均显著调控靶基因。通过miRNA与靶基因mRNA共分析,得到4对共表达组,对hvu-miR156和其靶标基因MLOC13032再一次实时定量也验证了他们的调控关系。
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