水稻灌浆初期应答夜间高温的miRNA及其靶基因分析

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长江中下游地区是我国主要的双季稻产区,每年的6、7月份都会出现数日的高温天气,此时正值该区域双季早稻的灌浆结实期,高温气候导致水稻籽粒的垩白度增加、垩白率上升以及籽粒充实度下降,最终表现为水稻稻米品质变劣和稻谷减产。研究表明,夜间高温较白天高温对水稻产量的危害更严重;而且在全球气候变暖的大环境下,地球表面的夜间升温较白天升温更快。然而,水稻耐热的分子机制尚不明晰。为了探究哪些miRNA可能参与调控水稻应答灌浆期夜间高温的生物学过程,我们以灌浆期耐热性(籽粒充实度)存在极显著差异的一对近等基因系为材料,在水稻开花后第8天进行了连续2个夜间的高温处理;高温结束时,取水稻颖果、采用Illumina测序技术进行miRNA测序,以水稻日本晴的基因组为参考基因组,分析了水稻颖果中的miRNA并预测了其靶基因的功能,进一步比较了近等基因系之间的差异表达miRNA、分析了差异表达miRNA的靶基因生物学功能及其可能参与的调控途径、探讨这些靶基因在水稻响应夜间高温胁迫过程中的生物学功能。主要研究结果如下:(1)通过Illumina测序、数据过滤和miRNA预测,12个样品共获得了1238个miRNA;进一步的数据库搜索,发现1238个miRNA中,有482个miRNA与水稻的已知miRNA匹配、有346个miRNA与其它动、植物的已知miRNA同源,有410个miRNA为新发现miRNA。(2)热敏感水稻纯系的处理与对照之间存在43个表达量差异达极显著水平的miRNA;与对照相比,这些miRNA中37个表现上调表达,6个表现下调表达,有26个miRNA在数据库中有对应的作用靶基因。耐热水稻纯系的处理与对照之间存在29个差异表达miRNA、表达量差异达极显著水平;与对照相比,有7个miRNA表现上调表达,22个miRNA表现下调表达,有16个miRNA在数据库中有对应的作用靶基因。(3)耐热水稻纯系与热敏感水稻相比,存在52个显著差异表达的miRNA,且均为下调表达,其中17个为功能已知miRNA、8个是物种间保守miRNA、27个为新预测的miRNA。进一步对其进行靶基因的功能注释和代谢通路分析结果显示,这些差异miRNA中有5个miRNA(osa-miR164d、osa-miR169c、osa-miR169e、osa-miR169n、osa-miR169o)的靶基因参与基因转录调控、有1个miRNA(miR-1436d)的靶基因参与信号转导、有1个miRNA(miR-1436d)的靶基因参与氨基酸代谢、有4个miRNA(osa-miR169c、osa-miR169e、osa-miR169n、osa-miR169o)的靶基因参与调控水稻环境胁迫的响应过程,1个miRNA(osa-miR164d)的靶基因参与植物器官的生长发育过程。
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