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植物microRNA(miRNA)是一类约21-24个核苷酸组成的小分子RNA。在细胞核中将非编码的茎环结构的单链RNA前体(pri-miRNA)加工成miRNA/miRNA*双链,然后运到细胞质中解开双链。成熟的miRNA通过形成miRNA诱导的沉默复合物(miRNA—inducedsilencing complex,miRISC)与靶标mRNA互补配对结合,并对其进行剪切或抑制翻译,实现对靶标基因的负调控。miRNA在植物发育、信号转导、抗逆反应等方面起着重要作用。
本研究中,提取Brassica rapa中的小RNA,构建了小RNA文库。通过对克隆到的400个小RNA进行分析,发现了油菜中的9个保守的miRNA家族。用Northern blot的方法对保守miRNA在油菜和拟南芥不同组织的表达情况进行了检测。结果表明,一些保守miRNA在油菜和拟南芥中组织表达特异性有所不同。通过对油菜数据库的比对发现了一些保守的miRNA的潜在靶标基因,并通过5RACE的方法得到证实。
除了保守的miRNA,利用MFOLD program对于克隆到的其他小RNA在油菜数据库中的匹配序列进行分析发现,bra-158、bra-178和bra-2010的前体能折叠成类似于植物miRNA前体的茎环结构。Northern blot杂交实验表明bra-158和bra-2010在油菜的叶中大量表达,在花和果荚中也能检测到bra-2010的少量表达,而在拟南芥中检测不到其表达。而且bra-158和bra-2010能够被芜菁花叶病毒(TuMV)侵染所诱导,而不能被黄瓜花叶病毒(CMV)、烟草花叶病毒(TMV)和油菜病原真菌(Sclerotiniasclerotiorum)的侵染诱导表达。
利用miRUprogram对这三个潜在的新的miRNA的靶标基因预测的结果表明,在油菜中bra-158和bra-2010都能靶向与拟南芥的TIR-NBS-LRR类抗性R基因高度相似的基因。bra-2010对靶标基因的剪切位点通过5 RACE检测及瞬时表达分析得到证实。bra-2010的前体与其靶标基因的序列都与TIR—NBS—LRR类抗性基因有高度的序列相似性,这表明bra-2010的前体可能是由TIR—NBS—LRR类病害抗性基因通过反向重复事件新进化产生的miRNA。总之,研究结果表明bra-2010是油菜中特有的,能够被TuMV侵染诱导的,有功能的,真正的miRNA。已注册并被命名为bra-miR1885。为了深入研究TuMV对bra-miR1885表达诱导的机制,克隆了油菜中MIR1885上游2kb的启动子序列,构建miR1885pro-GUS表达载体,并转化油菜。Northern blot检测结果表明TuMV的侵染能够诱导bra-miR1885启动子的表达。
本研究中,还通过生物信息学的方法对潜在的能够调控油脂代谢基因的miRNA进行了预测。5RACE检测结果表明其预测的靶标基因虽然有剪切位点,但是这些切点都不是由所对应的miRNA的剪切造成的。为了进一步研究miRNA对油脂代谢途径的预测靶标的作用,选择了4个与预测靶标基因匹配较好的miRNA,构建了携带相应miRNA靶点的GFP—sensor和miRNA前体表达载体在烟草瞬时共表达,GFP荧光强度观察结果表明,miR780和miR414并没有对相应的GFP—sensor有翻译抑制作用。另一个油脂代谢相关基因LPD1,miR847的潜在miRNA靶点位于它的3UTR,携带有LPD1miRNA靶点的GFP—sensor(35S—GFP-3UTRLDP1)和抗miRNA的GFP-sensor(35S—GFP-3UTRLDP1)的转基因拟南芥分析结果表明,miR847在翻译水平上对GFP—sensor有抑制作用。因此,推测miR847在拟南芥中可能在翻译水平上对LPD1基因有负调控作用。