论文部分内容阅读
核桃(Juglans regia L.)是世界4大坚果之一,是我国重要的经济林树种,也是新疆自治区的特色林果。核桃有早实和晚实之分,早实核桃一般三年就能开花结实,多数23年开花,少数品种可当年开花。早实性是核桃的重要性状,具有较高的遗传力。核桃花芽分化研究对于核桃品种改良、提质增效具有重要意义。本研究选用早实核桃‘新新2’雌花芽不同分化期的雌花芽(F1、F2和F3)和临界分化期叶芽(JRL),构建small RNA(小RNA)和转录组测序文库,筛选雌花芽分化的关键miRNA,对其靶基因进行验证和表达分析。主要结果如下:(1)转录组测序拼接到132154个Unigene。不同分化期雌花芽间有差异基因2688个,临界期雌花芽与叶芽间有差异基因551个。小RNA测序获得123个miRNA,包括51个已知miRNA和72个新miRNA。在不同分化期雌花芽及临界期雌花芽与叶芽间共获得55个差异表达miRNA,包括17个已知miRNA和38个新miRNA。jre-miR157a-5p—SPL、jre-miR160a-5p—ARF、jre-miRn69—AP2、jre-miRn49/jre-miR171b-3p—SCL、jre-miR169b-5p—NF-YA、jre-miR396a-5p/b-5p—GRF等差异miRNA及其靶基因与核桃雌花芽分化密切相关,主要涉及泛素蛋白水解、RNA降解、多糖降解、植物昼夜节律、光合作用及碳水化合物代谢等生理生化过程。(2)基于小RNA测序数据,结合RT-qPCR与geNorm、Normfinder、Bestkeeper、RefFinder软件分析,认为jre-miR394a、jre-miR159a和jre-miR159c可作为不同分化期花芽中miRNA表达分析的内参基因;5.8S rRNA和jre-miRn3可作为不同分化期叶芽中miRNA表达分析的内参基因;5.8S rRNA、jre-miRn3、jre-miR159b-3p和jre-miR159c可作为不同组织中miRNA表达分析的内参基因;jre-miR159b-3p、jre-miR159c和jre-miR159a可作为不同品种中miRNA表达分析的内参基因。TUA、EF1和TUB适合作为不同分化期花芽的内参基因;TUB和18S rRNA适合作为不同分化期叶芽的内参基因;TUB和TUA适合作为不同品种的内参基因;ACT2、18S rRNA和GAPDH适合作为不同组织的内参基因。(3)对小RNA测序获得的差异miRNA与转录组测序获得的差异基因进行关联分析,获得的22个差异miRNA与其靶基因表达量之间具有负调控关系。用RLM-5’RACE验证jre-miR157a-5p和jre-miR160a-5p的靶基因及切割位点,结果表明二者与其靶基因均在特定位点互补。用RT-qPCR分析jre-miR157a-5p和jre-miR160a-5p及其靶基因在不同分化期雌花芽、不同组织和不同品种中的表达量,结果显示它们在所有组织中均有所表达,且与对应的靶基因表达模式相反。(4)对核桃、山核桃、拟南芥、毛果杨、苹果、甜橙、番木瓜、葡萄和碧桃等9种植物的miR156/157和miR160家族序列特征和进化关系进行分析。采用PlantCARE预测了jre-miR156/157和jre-miR160家族启动子序列的作用元件。既鉴定到了共有的作用元件,不同miRNA家族成员的启动子区也有各自特异的作用元件。表明jre-miR156/157和jre-miR160在核桃花芽分化过程中既有协同功能,也有各自特异的功能。RT-qPCR分析显示jre-miR156/157和jre-miR160家族成员在不同分化期雌花芽和临界分化期叶芽中表现出不同的表达模式,说明他们在核桃雌花芽分化过程具有不同的作用。(5)鉴定了48个JrSBP基因,19个JrSBP基因是jre-miR156/157的靶基因。进化树上同一组的JrSBP与AtSPL在功能上具有保守性。在JrSBP启动子区域鉴定了光响应元件、植物激素响应元件及胁迫响应元件,表明核桃JrSBP基因的表达受光、植物激素与胁迫等因素的综合调控。48个JrSBP基因表达谱分为4类,表明它们在核桃花芽分化过程中具有不同功能。RT-qPCR分析显示JrSBP1/3/4/23/24/27/29/35在临界分化期的雌花芽中的表达量均显著高于同时期的叶芽。JrSBP4、JrSBP23、JrSBP24和JrSBP35在F2 vs F1中显著上调,其中JrSBP23的表达量在花芽分化过程中逐步上升,而JrSBP27和JrSBP29在F2 vs F1中下调。表明JrSBP基因在核桃雌花芽分化中具有多样化的功能,部分基因功能存在协同作用。