南方型紫花苜蓿耐盐相关miRNAs分析及靶基因预测

来源 :浙江农林大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:bbmaju0813
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随着中国人口增加、社会经济发展及气候条件变化,水资源短缺、土壤盐碱荒漠化已成为一个突出问题。培育耐盐碱植物,对土壤进行生物改良是最具生态和经济效益的一种技术措施。紫花苜蓿(Medicago sativa)又称紫苜蓿,是具有营养丰富,产草量高,根瘤固氮等优点的重要牧草之一。为了解盐胁迫下南方型“盛世”紫花苜蓿(Medicago sativa‘Millenium’)的内在分子机制,挖掘其耐盐相关miRNAs及相关靶基因。以南方型“盛世”紫花苜蓿及其突变体幼苗根部为材料进行Illumina HiSeqTM2000高通量测序,筛选其耐盐相关miRNAs,利用psRNATarget、TargetFinder和Tapirhybrid软件对所获得差异表达miRNAs进行靶基因预测,并对预测所得靶基因进行GO富集分析,分析靶基因主要功能类别,以期探讨耐盐相关靶基因参与的主要生物学功能和代谢途径,为进一步研究南方型紫花苜蓿耐盐机制,培育新耐盐品种奠定基础。本研究结果如下:(1)盐胁迫下,南方型紫花苜蓿根部耐盐生理指标测定对南方型“盛世”紫花苜蓿及其耐盐突变体进行250mMol·L-11 NaCl处理,测定其盐胁迫0h与72h时5项生理指标变化情况,结果显示,72h盐胁迫后,植物根系长度减短,须根数量减少;植物根部脯氨酸含量、丙二醛含量、超氧化物歧化酶活性、抗坏血酸过氧化物酶活性均呈上调状态,可溶性蛋白含量呈下调状态,体内各项生理指标均有较为明显的变化幅度,72h为较好的盐胁迫响应点。同时,研究发现盐胁迫72h后,突变体中脯氨酸含量、超氧化物歧化酶活性及抗坏血酸过氧化物酶活性的上调幅度较野生型明显,丙二醛含量、可溶性蛋白含量的变化幅度均亚于野生型,生理指标测定结果表明突变体耐盐性较野生型强。(2)南方型紫花苜蓿根部响应盐胁迫miRNAs分析分别构建6个南方型“盛世”紫花苜蓿及耐盐突变体根部盐胁迫前后sRNA文库,利用高通量测序技术及生物信息学技术对其进行测序分析,突变体中共获得47个已知miRNAs及146个新miRNAs,并在已知miRNAs中筛选出46个盐胁迫差异表达miRNAs(12个上调,34个下调),新miRNAs中筛选出19个差异表达miRNAs(7个上调,12个下调)。野生型中共获得437个已知miRNAs及142个新miRNAs,共筛选出52个差异表达miRNAs,其中36个已知miRNAs(10个上调,26个下调)和16个新候选miRNAs(8个上调,8个下调)。(3)南方型紫花苜蓿根部响应盐胁迫miRNAs的作用靶基因分析利用psRNATarget、TargetFinder和Tapirhybrid软件对所获得的差异表达miRNAs进行靶基因预测,突变体中共预测得到1190个靶基因,野生型中共预测得到1143个靶基因,GO富集分析表明突变体中预测靶基因生物学功能主要富集于代谢过程,分子功能类别中,预测靶基因生物学功能主要富集于分子功能、结合、嘌呤核苷三磷酸结合及核糖核酸结合。野生型中,预测靶基因生物过程主要富集于复制过程及代谢过程。分子功能类别中,野生型功能与突变体功能大致相同,主要富基于分子功能、结合、核糖核酸结合。(4)qRT-PCR结果分析为保证高通量测序数据的可信性,在野生型及突变体共同差异表达的miRNAs中,筛选9个miRNAs及其靶基因进行qRT-PCR验证,筛选的miRNAs为miR5272b、miR167a、miR2604、miR156a、miR5208d、miR169j、N-miR54、N-miR10、N-miR73。结果表明,突变体中大部分高通量测序的结果均能被qRT-PCR技术所验证,此次研究数据为真实可信的。qRT-PCR结果显示,突变体中除miR2604以外,其余8个miRNAs均与其靶基因呈负调控关系;野生型中,除miR5208d及N-miR10外,其余7个miRNAs均与其基因呈负调控关系,证明miRNA通常以负调控或沉默靶基因的方式来调控植物的生长、发育及对环境的应激反应。通过对所筛选miRNAs靶基因的预测及相对表达量分析,验证突变体耐盐性较野生性强。
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