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种子萌发一般是指从种子休眠到植株生长的一个过渡阶段,是植物新一轮生命周期的开始。水稻,是世界上最重要的农作物之一,也是单子叶植物的模式植物。随着基因测序技术和“组学”研究手段的快速发展,转录组测序成为了研究种子萌发机理的新策略。种子吸胀损伤是影响水稻直播成苗的一个重要因素。为了揭示与种子吸胀相关的胁迫响应基因,本研究利用RNA测序技术对干燥状态(0 h),吸胀状态(24h)和萌发状态(48 h)的韭菜青种子进行动态转录组分析。结果表明,在种子萌发早期(0-24h)共检测到1452个差异表达基因,包括648个上调表达差异基因、804个下调表达差异基因:,在种子萌发后期(24-48 h)共鉴定到625个差异表达基因,包括230个上调表达差异基因、395个下调表达差异基因。GO和MapMan进一步分析发现,在种子萌发早期的391个差异表达基因,以及在种子萌发后期的164个差异表达基因参与胁迫响应。这些与种子吸胀相关的胁迫响应差异表达基因,包括非生物胁迫(abiotic stress)、激素(hormone)、过氧化物酶(peroxidases)、信号(signaling)、转录(transcription)、蛋白质降解(proteolysis)和细胞壁(cell wall)相关基因。其中,种子萌发过程中,几乎所有的热胁迫相关差异表达基因,如编码hsp20、DnaK家族蛋白基因呈显著下调表达。绝大部分乙烯和ABA相关差异表达基因,如编码AP2结构域蛋白、9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)基因也在种子萌发过程中显著下调表达。同样的,随着种子萌发进程,几乎所有的热应激转录因子(HSF)和大多数bZIP、MYB转录因子,以及编码乙烯应答元件结合蛋白家族(ERF)基因呈显著下调表达。但是,绝大多数过氧化物酶、信号转导、蛋白降解和细胞壁相关的差异表达基因,如编码EF家族蛋白、泛素家族蛋白和糖基水解酶家族蛋白基因,种子萌发过程中呈显著上调表达。许多参与细胞壁合成、降解和修饰的基因在种子萌发过程中上调表达。本研究鉴定的这些胁迫应答基因可能在水稻种子耐吸胀损伤过程中发挥着重要作用。小分子RNA是长约20～24个核苷酸的非编码RNA,它介导转录后水平的基因表达调控,在植物的生长发育和适应外界环境胁迫的过程中发挥了非常重要的作用(1-5)。植物中小分子RNA数量十分巨大,并且种类繁多,高通量测序技术的出现大大加快了它们的发现过程。MicroRNA属于内源性基因调节系统,其广泛分布于植物基因组中并在植物的生长、发育、信号转导和对环境刺激的响应中扮演重要的角色。近年来,不同品种水稻的RNA测序充实了小RNA数据库,大量水稻miRNAs被鉴定。尽管如此,水稻miRNA和激素之间关系的研究比较少。赤霉素(GAs)在植物生长发育过程中发挥了重要的调节作用。直到现在,我们仍不清楚GAs如何通过小分子RNA参与水稻生长发育调节。为了研究赤霉素调控水稻生长发育过程中small RNA的作用,本研究在水稻三叶期分别喷施赤霉素GA3和赤霉素抑制剂多效唑(Paclobutrazol,PAC),取样后采用高通量测序技术分析差异表达的小RNA及其对应的靶基因。研究结果表明,26和36个microRNA的表达量在GA3和PAC处理后发生改变,607个和939个sRNA(除了microRNA和其isoforms)的表达量有所变化。预测了这些差异表达小RNA的靶基因,经过降解组验证,共得到63个符合条件的小RNA和其对应的153个靶基因。赤霉素响应的小RNA调控网络图中包含经过差异表达筛选以及降解组验证的19个miRNA和102个sRNA,以及43个GO通路(p<0.01)。从中挑选了与水稻生殖发育、转录相关、代谢相关、催化活性以及转移酶活性相关的GO term构建了调控子网络。发育子网络相关的miRNA包含生殖相关的miRNA,此外发育相关通路还与 miRNA1861N、miRNAN58、miRNA528-5P 有关;miRNAnovel9参与转录调节活性、运输活性等。miRNA156L-5P和miRNA169A大部分的靶基因参与转录因子活性,miRNA160B-5P、miRNA160C-5P、miRNA160D-5P、read11、read12、read13也通过它们特定的靶基因参与转录调节和转录因子活性两个通路。miRNA528-5P有5个靶基因参与运输活性通路;miRNA156L-5P、miRNAnovel9、miRNA169A、miRNA393A、miRNA393B-5P、miRNA160B-5P、miRNA160C-5P、miRNA160D-5P、miRNA2055的大部分靶基因参与水稻的代谢通路;转移酶活性相关的miRNA为miRNA2055,和催化活性通路相关的smallRNA为miRNA528-5P、miRNAnove158、miRNA393A、miRNA393B-5P、read6。赤霉素响应的差异表达 small RNA主要和生长发育以及胁迫响应相关,多个小RNA在参与生长发育调控的同时又参与逆境胁迫响应。