草莓microRNA的鉴定及差异表达研究

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 22次 | 上传用户:Michellesy
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microRNA(miRNA)作为一类来自真核生物自身基因组的非编码小分子RNA,在植物生长发育过程中扮演着重要角色。目前,果树中已有关于苹果和葡萄miRNA的报道。miRNA序列的保守性特点将为研究基因组尚未解析的非模式植物中的miRNA奠定重要基础。虽然草莓微繁殖苗在我国生产中广泛应用,但发现仍然存在一些问题,其中最严重的就是表观遗传的变异问题。至今国内外未见任何关于草莓miRNA及miRNA表达与表观遗传变异之间关系的报道。本研究以栽培草莓为试材,全面系统地研究了草莓miRNA的种类、保守性特点和器官、繁殖方式、发育时期等对miRNA表达的影响,筛选出差异表达的miRNA,探索了miRNA在草莓植株生长发育过程中的可能作用,主要结果如下:1.在利用改进的CTAB法成功富集小于150 bp的小分子RNA的基础上,采用miRNA基因芯片,从草莓植株中检测到74个miRNA,有47个miRNA的荧光信号强度介于400和1500之间,27个miRNA荧光信号强度超过1500,其中来自miRNA数据库的46个miRNA属于21个miRNA家族。miR159是最大家族,拥有7个成员;miR169拥有5个成员;miR160,miR164,miR166和miR167各拥有4个成员;miR156,miR168和miR171均拥有2个成员;其余的12个家族:miR157,miR162,miR165,miR170,miR172,miR390,miR391,miR393,miR394,miR396,miR399,miR535,每个家族拥有一个成员。2.利用miRNA数据库,将草莓中检测到的来自miRNA数据库的21个miRNA家族成员与拟南芥、水稻、毛果杨等9种植物中的miRNA进行了序列比对,结果发现有15个家族在拟南芥中高度保守,分别是miR157,miR159,miR162,miR165,miR166,miR167,miR169,miR171,miR172,miR390,miR391,miR393,miR394,miR396和miR399。除miR157,miR165和miR391以外的12个家族在水稻中同样高度保守,同时miR156,miR170和miR535这3个家族也在水稻中高度保守。miR157,miR159,miR160,miR164,miR166,miR167,miR169,miR170,miR171,miR172,miR390,miR393,miR394,miR396和miR 399等15个家族在毛果杨中高度保守。miR159,miR166,miR167和miR169这4个家族在不同的陆地植物中,从单子叶植物到双子叶植物,甚至到裸子植物都是高度保守的。3.以富集的小于150 bp的小分子RNA为模板,采用3’端加接头、5’端和3’端两端加接头、利用茎环引物等3种RT-PCR策略检测了草莓中保守的miRNA,结果表明,对于15种保守的miRNA,通过3’端加接头方式鉴定出7种;通过两端加接头方式鉴定出1种:而利用茎环的方式鉴定出15种,并且其检测灵敏度很高。同时比较了总核酸、总RNA和小分子RNA等不同种类的模板对利用茎环RT-PCR检测miRNA的影响,结果显示模板性质对茎环RT-PCR的扩增效果没有影响。总核酸的提取是最快速最简单的,因此,以总核酸为模板,利用茎环引物的RT-PCR是定性研究植物中miRNA的最简便快速而有效的方法。而对于定量研究miRNA的表达,以总RNA为模板的茎环RT-PCR是有效的方法。4.采用茎环引物RT-PCR策略,基于TaqMan探针的检测技术,建立了草莓miRNA定量检测的实时RT-PCR技术体系。5.利用miRNA基因芯片,系统研究了草莓中检测到的74个miRNA在草莓传统繁殖苗(CS)和微繁殖原种苗(MS)间的表达差异,4个miRNA显示着明显的差异,分别为miR535、miR390、miR169a和miR169d。其中miR535和miR390上调表达,miR169a和miR169d下调表达,CS/MS分别为2.6884、2.2673、0.2496和0.3814。2个上调表达miRNA(miR535和miR390)的实时定量RT-PCR验证了芯片试验结果。6.利用实时定量RT-PCR技术,在草莓叶片、茎尖、花托和根系4种器官中检测了6种miRNA的差异表达,以草莓叶片中6种miRNA的表达量为1,结果显示miR164在草莓花托中高度表达,达到6.615,明显高于根系(0.485)、茎尖(0.371)和叶片(1.000);miR172在茎尖和花托中的表达量都较低,分别为0.029和0.020,在根系中的表达量更低,只有0.0008454;miR167在根系中的表达量也很低,只有0.053;miR156,miR159和miR165在4种草莓器官中的表达差异不明显。7.针对miR156、miR172、miR164、miR167、miR159等5种在植物生长发育过程中起重要作用的miRNA,应用实时定量RT-PCR技术,系统比较了‘丰香’和‘全明星’两个品种在离体植株与活体植株以及不同发育时期miRNA的表达差异,结果表明miR156在草莓离体植株中高度表达,达到41.846(‘丰香’)和35.782(‘全明星’),而在活体植株(MS1)中的表达量仅为0.999(‘丰香’)和1.038(‘全明星’),表达量降低了30多倍,并且在成年阶段的不同发育时期表达差异不明显。mi172在草莓离体植株中的表达量很低,仅有0.040(‘丰香’)和0.068(‘全明星’),而在活体植株中(MS1)表达量升高了8倍多,同时在成年阶段的不同发育时期也没有明显的表达量的改变。8.本研究认为组织培养条件诱导miR169表达上调,miR390和miR535可能在微繁殖草莓的表观遗传变异中起着重要作用。
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