茶树microRNAs及其靶基因的鉴定研究

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MicroRNAs(miRNAs)是一类~21nt的小分子非编码RNA,它由茎环前体(pre-miRNA)剪切而来,通过完全匹配或近似完全匹配靶mRNA,并导致mRNA降解或抑制翻译的方式行使功能,在植物生长发育、逆境胁迫中起着重要作用。自第一个植物miRNA在2002年发现以来,数以千计的miRNAs在不同物种、不同组织中被发现。目前,收录miRNAs的权威数据库——miRBase已有67种植物共计5940条miRNAs。在此期间,研究方法从小RNA克隆法发展到生物信息学法再到高通量测序,方法和技术的革新极大地促进了miRNAs的研究。但到目前为止,茶树miRNAs还未见有系统研究报道。  本研究论文围绕茶树miRNAs这一研究方向,结合生物信息学分析方法及高通量测序技术,就茶树miRNAs的鉴定、序列特征及其生物学功能等进行了系统深入的探索性研究。主要研究结果可以概括为以下几点:  1.采用EST分析法对茶树EST数据库进行研究,从47452条茶树EST中鉴定出14个茶树miRNAs。将鉴定得到的茶树miRNAs序列,进一步与NCBI中的茶树mRNA数据库进行Blast搜索,鉴定出51个潜在的靶基因。Gene Ontology(GO)和Kyoto Encyclopedia ofGenes and Genomes(KEGG)注释表明,这些靶基因可作为转录因子,或参与应激反应、跨膜运输和信号转导,进而调控茶树的生命进程。  2.利用高通量测序法对龙井43一年生扦插苗进行茶树miRNAs鉴定的研究,从叶片中构建的2个小RNA库中(对照和低温处理),分别获得8,599,962和4,961,000条序列比对上已有的茶树数据库。将上述可比对序列与miRBase v19数据库进行比对,然后进行二级结构分析,通过设置的标准逐一筛选,最终获得71个保守miRNAs和223个特异miRNAs。所鉴定的71个茶树保守miRNAs分属18个家族。  3.通过差异表达分析发现,miR396和9个茶树特异miRNAs表现出显著上调或下调。该结果表明,这些miRNAs可能在茶树应对低温胁迫过程中起作用。  4.利用降解组测序对上述茶树miRNAs的靶基因进行鉴定,共获得9,722,127条读长(raw reads)。利用CleaveLand3.0分析并绘制t-plots(target plots),对茶树miRNAs的靶基因进行了大规模的筛选,鉴定出68个保守miRNAs的靶基因和39个特异miRNAs的靶基因。功能注释和GO分析发现,这些茶树miRNAs不仅参与组织器官发育,而且参与胁迫应答、激素信号转导。  综上所述,本实验分别利用生物信息学法和高通量测序法对茶树miRNAs及其靶基因进行了研究,首次利用测序方法鉴定了茶树miRNAs,并通过对其靶基因的功能分析,给出了miRNAs在茶树生长发育和低温等逆境胁迫中起调控作用的结论。希望能够拓展目前人们对茶树miRNAs序列及功能的认识,为后续利用miRNAs对茶树进行遗传改良,从而为进一步培育优质高效、抗逆的茶树新品种奠定理论基础。
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