论文部分内容阅读
素有“活化石”之称的银杏(Ginkgo biloba L.),被认为是地球上继蕨类物种之后出现最早的种子植物之一。银杏起源历史悠久,其生殖过程表现出独特的性状,尤其是雌性生殖器官胚珠的生长与发育,更是具有许多独特的原始特征。目前大多数研究集中在有关银杏胚珠的微观形态结构、胚珠组织形成和生理生化变化等方面,而有关调控银杏胚珠生长发育的分子机制方面鲜有报道。MicroRNAs (miRNAs),是一类内源性的、单链的、长度约为22个核苷酸(nt)的非编码小RNA,在真核生物中进化具有高度保守性,通过直接对靶基因切割或抑制靶基因翻译的手段,参与到植物生长发育、信号转导过程和环境胁迫响应等生命进程的各个方面。因此,对银杏胚珠开展miRNA的鉴定与功能研究具有重要的意义,可为进一步研究银杏胚珠生长发育的分子机理提供有力帮助。本研究中,以银杏胚珠为实验材料,采用高通量测序技术与生物信息学分析技术相结合的方法,鉴定和分析了银杏胚珠的miRNA及其靶基因。取得主要结果如下:(1)通过测序,从银杏胚珠中总共得到12,121,385个高质量的sRNA序列,去除3’接头缺失序列、5’接头污染序列、无插入片段、小于18nt的短序列及Poly A序列等低质量序列后,最终得到11,919,364(1,991,395unique)条干净序列。(2)对银杏胚珠小RNA文库中的clean reads进行分析与分类注释。文库中的小RNA长度集中在19-24 nt之间,符合典型rniRNA长度分布。通过比对基因组,其中包含核糖体RNA (rRNA)有519,513条序列(31,039 unique),占到sRNA总数的4.36%(1.56%unique);小核RNA (small nuclear RNA, snRNA) 5,769条序列(1,014unique),占到sRNA的0.05%(005% unique);核仁小RNA (small Nucleolus RNA, snoRNA)1,858条序列(376 unique),占总数的0.02%(0.02% unique);转运RNA(transfer ribonucleicacid, tRNA) 203,471条序列(6,636 unique),占总数的1.71%;未注释(unannatation)的sRNA 8,627,585条序列(1,932,584unique),占到总数的72.38%(97.05% unique),(3)将胚珠的sRNA序列比对到rniRBase数据库(miRBase200)中所有植物的miRNA成熟序列以及前体序列,最终比对得到19,746条唯一同源序列,经过严格筛选之后,最终鉴定得到保守序列144条,隶属于35个niRNA家族。(4)将小RNA注释分析去除各种小RNA序列以后得到的未注释序列,用来进行新的miRNA预测。得到新的miRNA种数为99种,总表达量为132,843。在对新的niRNA进行首位碱基偏向性分析中发现,银杏胚珠中19-24 nt的首位碱基对碱基U具有偏向性,符合成熟序列首位碱基对碱基U的偏向性要求。(5)应用psRNATarget软件,对银杏胚珠的miRNA进行靶基因预测,银杏胚珠中已知的445个miRNA,预测得到2,062个靶基因,靶基因位点数为2,487个;123个新的miRNA,预测得到靶基因898个,共有靶基因位点数1,331个。GO富集分析发现这些靶基因的功能参与银杏胚珠的代谢过程、细胞进程等生长发育的各个生命活动进程。(6)对银杏胚珠的靶基因功能注释分析发现,大部分靶基因为植物转录因子,我们从中挑选出具有前体序列,并且与光合作用、代谢合成、抗病以及信号转导等功能相关的14个已知的miRNA和表达量比较高的11个新的miRNA,应用亚克隆技术,进行前体验证,最终得到10个miRNA前体与Illumina测序结果完全匹配,7个低于3个碱基错配。(7)对银杏胚珠与银杏雌株叶片中的miRNA的表达量进行差异分析,发现已知的miRNA中胚珠相对于雌株叶片有300个上调,171个下调,73个无显著差异;新的miRNA中胚珠相对于雌株叶片有46个上调,47个下调,21个无显著差异。(8)根据上面靶基因功能以及前体验证结果,我们从中一共挑选出19个miRNA前体序列进行荧光定量PCR实验,以两个不同时期的银杏胚珠与银杏雌株叶片为实验材料,分析miRNA在同一时期不同组织中以及同一组织不同时期的表达差异性。综上,本研究通过对银杏胚珠中miRNA的鉴定与分析,揭示了银杏胚珠中存在较多数量的小RNA,并且这些小RNA参与到了银杏的生长发育、形态建成以及信号转导等各个生命进程中,这也预示了银杏胚珠中可能存在着复杂的转录后基因表达调控机制,为进一步有关银杏胚珠的分子机制研究提供有力帮助。