MicroRNA对铁观音茶树干旱胁迫响应机制研究

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干旱是在我国主要产茶区普遍发生的主要自然灾害,且茶树是一种叶用植物,其生长的健康与否直接影响茶叶的品质。愈来愈多的研究表明1nicroRNA (miRNA)在植物干旱胁迫响应中发挥着重要的调控作用。为研究miRNA对铁观音茶树干旱胁迫的相应机制,本文采用补水称重法,对干旱胁迫的铁观音茶树进行sRNA分离鉴定,对铁观音茶树不同程度干旱胁迫过程中的部分相关miRNA进行定量表达分析。主要研究结果如下:1铁观音茶树干旱胁迫过程中主要生化成分变化本研究采用补水称重法对盆栽铁观音茶苗进行正常供水(对照CK)、轻度干旱胁迫(T1)、中度干旱胁迫(T2)、重度干旱胁迫(T3)四组处理,研究发现,随着干旱胁迫程度的增强,叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量的下降,叶片光合速率减弱。干旱胁迫程度的加剧引发植物的膜质损伤,使植物叶片中MDA的含量增加,电解液外渗,电导率增强。当铁观音茶树遭受轻度干旱胁迫和中度干旱胁迫时,铁观音茶树叶片MDA含量略有增加,植物细胞电导率略微增强。当铁观音茶树遭受重度胁迫时,叶片中MDA含量及叶片电导率增加趋势明显。2 Solexa测序技术鉴定铁观音茶树干旱胁迫过程中的sRNA通过Tripure试剂提取得到的不同处理的不同干旱胁迫处理的铁观音茶树叶片总RNA满足Solexa测序要求,通过对干旱胁迫铁观音茶树叶片RNA样品进行miRNA测序,测序结果如下:(1)铁观音茶树正常水分、轻度胁迫、中度胁迫及重度胁迫四个处理的样品中分别获得15777773、13218397、14510362和13452128条clean read s序列,其所占总测序数据比例分别为99.86%、99.58%、99.59%、98.95%。获得的sRNA样品峰值为24nt,测序所得的数据质量较高。(2)基于茶树基因组数据的未知性,选用模式植物拟南芥基因组为参考基因组,同时与Genbank中已经公布的茶树基因信息及Rfam3等数据库比对,得到注释的miRNA比例分别为5.60%、7.35%、7.66%、15.78%。铁观音茶树干旱胁迫的四个样品中未知的sRNA数据庞大,miRNA的探究依旧存在大量的未知性。(3)为进一步鉴定茶树miRNA,进行铁观音茶树转录组测序,同时以铁观音茶树转录组为参考数据,鉴别茶树novel miRN A。结果表明:以铁观音茶树转录组为参考数据库比较分析后,在铁观音茶树不同干旱处理样品中共得到176条茶树miRNA序列信息,其中分属于5个家族的7条序列在miRBase数据库中可以得到相应注释信息,绝大多数为未知miRNA序列信息或铁观音茶树特有的miRNA信息。(4)在铁观音茶树干旱胁迫过程中绝大多数的miRNA处于低丰度状态,低丰度表达的miRNA数量庞大,同一家族中不同miRNA成员存在表达丰度差异,对调控同一靶基因的不同niRNA间同样也存在表达丰度的差异性。(5)依据铁观音茶树干旱胁迫过程中miRNA的差异表达情况,结合niRNA及其靶基因功能预测,推断出19个miRNA可能与铁观音茶树干旱胁迫存在密切相关性。其中包括12个conserved miRNA:csi-miR156/159a/165a-3p/166a/ 166g-3p/167d/2199/398/408b-5p/535a/6170/894,7个novel miRNA:csi-miR4/ 7/12/18/24/26/28。大多数预测得到的miRNA的靶基因为转录因子,调控目的基因在特定的时间与空间中表达。同时,在铁观音茶树干旱胁迫中的miRNA也在蛋白质合成及代谢、植物器官发育及形态建成等诸多生命活动中具有调控作用。3铁观音茶树干旱胁迫过程中相关miRNA的定量表达分析为研究miRN A在铁观音茶树干旱胁迫过程中的表达量差异,选用铁观音茶树正常供水(对照)、轻度干旱胁迫、中度干旱胁迫、重度干旱胁迫的四个处理的叶片总RNA为试验材料,对19个与铁观音茶树干旱胁迫相关的miRNA在干旱胁迫阶段的表达量情况分析后发现:csi-miR156、csi-miR398、csi-miR7均呈现“上升型”表达,在铁观音茶树的干旱胁迫中起正相关作用;csi-miR165a-3p、 csi-miR159a、csi-miR167d、csi-miR408b-5p及csi-miR6170、csi-miR5、csi-miR12、 csi-miR18、csi-miR26、csi-miR28在铁观音茶树干旱胁迫过程中均呈现“先升后降”的表达趋势;csi-miR166a、csi-miR166g-3p、csi-miR435a、csi-miR894、 csi-miR2199、csi-miR24均呈负相关作用。4 MiR166家族的靶基因克隆及定量表达分析本研究采用同源克隆法,得到miR166家族靶基因HD-ZipⅢ家族成员ATHN-14-like、ATHN-15-like基因片段,片段长度分别为1246bp及522bp。采用qPCR技术对ATHN-14-like、ATHN-15-like基因进行定量表达分析,同时比照miR166a、miR166g-3p在各处理样品中的定量表达情况后发现:(1)在铁观音茶树轻度胁迫、中度胁迫、重度胁迫三个样品中,miR166a及miR166g-3p的相对表达量均较正常供水样品呈现下降趋势时,HD-ZipⅢ家族ATHN-14-like、ATHN-15-like基因的相对表达量较正常水分样品则均呈现升高趋势。(2)当1niR166a、miR166g-3p在铁观音茶树不同处理的干旱胁迫中呈现负相关作用时,ATHN-14-like 及 ATHN-15-li ke基因在轻度胁迫及中度胁迫的相对表达量阶段呈现明显的增高趋势,其中ATHN-15-like在铁观音茶树遭受中度胁迫时的增高趋势最为显著。铁观音茶树干旱胁迫中HD-ZipⅢ ATHN-14-like、ATHN-15-like 与 miR166家族成员1niR166a、miR166g-3p之间的互作关系,表明miR166家族及HD-ZipⅢ可能参与了对铁观音茶树抗旱响应。
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