【摘 要】
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长链非编码RNAs(long noncoding RN As,lncRNAs),即不编码蛋白质的长RNA转录本,在植物响应生物和非生物胁迫过程中起重要调节作用。土壤盐度是最重要的非生物胁迫之一,目前关于lncRNAs在林木耐盐机制上的研究尚未见报道。本研究以耐盐性比较强的胡杨(Populus euphratica)为实验材料,利用高通量链特异性RNA测序技术,对于盐胁迫条件下多个时间点的动态转录组
【基金项目】
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千人计划专项资金(Wu Rongling); 长江学者专项资金(Wu Rongling); 林业公益性行业专项(201404102); 中央高校基本科研费专项资金资助(2015ZCQ-SW-06);
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长链非编码RNAs(long noncoding RN As,lncRNAs),即不编码蛋白质的长RNA转录本,在植物响应生物和非生物胁迫过程中起重要调节作用。土壤盐度是最重要的非生物胁迫之一,目前关于lncRNAs在林木耐盐机制上的研究尚未见报道。本研究以耐盐性比较强的胡杨(Populus euphratica)为实验材料,利用高通量链特异性RNA测序技术,对于盐胁迫条件下多个时间点的动态转录组数据进行了测定。通过与参考基因组比对,从全基因组水平上筛选出胡杨lncRNAs。再构建了 lncRNAs与其靶基因之间、mRNAs之间的动态基因调控网络,基于表达模式、网络拓扑结构和功能的注释信息,对lncRNAs和mRNAs在胡杨响应盐胁迫中发挥的作用进行了研究。本文取得的主要研究成果如下:(1)首次在全基因组水平上对胡杨lncRNAs进行了鉴定,最终发现36075个胡杨lncRNAs。通过对其长度、外显子数目、ORF长度及表达水平分析,发现胡杨lncRNAs与其他物种lncRNAs具有相似的基本特性。研究发现胡杨lncRNAs在基因组上呈现均匀分布。预测了胡杨lncRNAs和miRNAs之间的关系,发现60个lncRNAs可以作为miRNAs的靶基因,53个lncRNAs可以作为miRNAs的内源性靶标模拟物(endogenous target mimics,eTMs)。(2)针对多时间点的lncRNAs表达数据,通过差异表达分析,共获得了 555个盐胁迫响应相关的lncRNAs。差异靶基因的GO富集分析发现这些lncRNAs参与了海藻糖生物合成过程、氨基酸跨膜转运、ABA介导的信号通路、DNA依赖的转录调控、氧化还原过程等与植物抗逆相关的生物学过程。表达模式分析获得了 13个聚类模块,聚类模块内的GO富集分析表明瞬时响应相关的聚类模块与持久响应相关的聚类模块具有不同的生物学特性。再构建了聚类模块内lncRNAs和其靶基因之间复杂的调控网络关系。最终鉴定了 54个关键的盐胁迫相关的lncRNAs,包括22个瞬时盐胁迫响应相关的lncRNAs和32个持久盐胁迫响应相关的lncRNAs。(3)植物盐胁迫响应是一个复杂的生物学过程,除了 lncRNAs外,在盐胁迫下mRNAs的表达水平也发生了改变。本文在获得lncRNAs表达数据的同时也获得了 mRNAs表达数据。通过差异基因的筛选,共获得了 1819个响应盐胁迫的差异表达的mRNAs。盐胁迫下胡杨mRNAs时空性表达模式分析获得28个聚类模块。瞬时响应模块中的基因参与了茉莉酸代谢通路、甘露糖代谢、海藻糖的合成、二糖的合成、水解酶活性调节等,而持久响应模块中的基因参与了细胞壁大分子物质代谢过程、细胞壁的组成和生物发生。再构建了聚类模块间和聚类模块内的基因调控网络,最终筛选出与胡杨瞬时响应和持久响应相关的“核心”基因。本研究同时考虑盐胁迫下的瞬时响应和持久响应,设计了多时间点的盐胁迫试验,首次细致地描绘了 lncRNAs和mRNAs在盐胁迫条件下的动态响应过程,研究结果为后续基因克隆、功能鉴定及林木抗逆转基因育种等研究工作提供了一个潜在的有意义的研究方向。
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