干旱胁迫下花生转录组与小RNA测序及相关基因的表达分析

来源 :广西师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:baby_say
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花生(Arachis hypogaea L.)是我国重要的油料作物,在我国食用油供给中具有重要作用。干旱也是影响花生生长发育和产量的重要因素,因此阐明花生应答干旱胁迫机制对于培育抗逆性强的花生新品种具有重要意义。目前,在我国花生生产方面普遍存在严重影响花生产量和品质的干旱、病虫害等关键问题,但关于花生干旱胁迫下基因和miRNA变化的文献和报道不多。通过对花生转录组和小RNA的深入研究可以发掘出花生抗旱相关基因和miRNA,研究其在干旱胁迫条件下的差异表达,结果可为开展花生抗旱性研究,以及抗旱新品种的培育提供理论依据。本研究采用15%PEG6000模拟干旱胁迫处理的花生根部(13天),及未经处理的花生根部为试材(HS150、HS151、HS152和HS153)进行转录组和小RNA测序统计并分析了与干旱相关的差异表达基因和miRNA;测定花生叶片中叶绿素、丙二醛、脯氨酸及可溶性蛋白含量,观察其在水分胁迫下的动态变化;对ahyNAC25基因进行了克隆及遗传转化拟南芥进一步研究其功能及相应的分子机制。研究的主要结果如下:(1)花生幼苗在受到干旱胁迫后,其叶绿素a,叶绿素b,及叶绿素(a+b)含量均随着胁迫天数的增长而显著降低。脯氨酸和可溶性蛋白的含量在胁迫第1、2天中显著提高,第3天稍微下降,但仍高于未进行干旱胁迫的植株。而丙二醛含量则随着胁迫时间的增长而显著增高。(2)构建了HS150、HS151、HS152和HS153四个文库,进行了转录组测序,分别获得43625768、44792456、43100476和36638768条Clean reads,比对上参考基因组的占比分别是77.19%、74.76%、69.83%和51.78%。(3)在转录组数据中筛选到一些与干旱相关的转录因子和功能基因:MYB转录因子、WRKY转录因子、NAC转录因子、bZIP转录因子、LEA基因、AQP基因、分子伴侣、脯氨酸相关基因、SOD和甜菜碱相关基因。(4)通过对样品间差异表达基因的分析,在三个比较组中共筛选出13个显著持续上调的差异基因,其中7个为HSP分子伴侣家族基因、2个RING E3泛素连接酶、1个为谷胱甘肽-S-转移酶、1个柱头特异性STIG1样蛋白1、1个免疫球蛋白结合蛋白和1个DnaJ同源B亚家族成员13;同时筛选出13个显著下调的差异基因。这些基因可能在花生抗旱中起到一定的作用。(5)构建了HS150、HS151、HS152和HS153四个文库,进行了小RNA的小RNA测序,分别获得28005836、26862969、26668939和25970037条clean reads,比对上数据库的reads占比分别是77.86%、81.14%、79.47%和58.05%。(6)在小RNA测序数据中筛选到个8持续下调表达的miRNA:ahy-mir156-3p、ahy-miR159、ahy-miR167-5p、ahy-miR156a、ahy-miR156b-5p、novelmir103、novelmir83和novelmir70,它们可能通过负调控机制提高靶基因的表达量参与到花生抗旱中。(7)对ahyNAC25基因(XM016087998.2)进行生物信息学分析。该基因有一个1032 bp的开放阅读框,编码344个氨基酸,其编码的蛋白质含有一个NAM保守结构域,与豆科的蔓花生和野生花生的Nac25基因同源性分别为99%和97%,属于NAM超家族基因。(8)将ahyNAC25基因构建成植物表达载体,通过浸染法转入拟南芥,获得了16株转基因植株以及T1代拟南芥种子。
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