苹果miRNAs调控靶标基因参与寄主与苹果树腐烂病菌互作分析

发布时间：2020-08-12 12:13

【摘要】：由Valsa mali引起的苹果树腐烂病在中国苹果产区发生普遍,危害严重,造成了巨大的经济损失,严重阻碍了苹果产业的发展。但由于缺乏病菌致病机理和寄主抗性的认识,生产上一直处于被动防治的状态,解析苹果树与V.mali的互作机制对病害防治和抗病育种具有重要意义。miRNA是一类内源小分子非编码RNA,可在转录后水平调控基因的表达参与植物与病原物互作过程。为了解析苹果树miRNAs调控寄主与V.mali互作的机理,本研究以伤口接种V.mali和PDA的富士苹果树枝条韧皮部组织构建small RNA文库,结合苹果基因组库,利用miRBase21.0数据库中已知的miRNAs鉴定保守miRNAs,依据miRNA和pre-miRNA的特征预测新的miRNAs,并分析对照和V.mali胁迫下差异表达的miRNAs;同时利用降解组高通量测序技术对相同样品测序鉴定靶标基因,并对差异表达miRNAs的靶标基因进行分析。主要结果如下:1.构建了BMd(对照)和IVm(处理)两个small RNA文库,获得了来自138个前体的187条保守miRNAs,来自1178个前体的1189条新的候选miRNAs。其中BMd库有173条保守miRNAs,对应137个前体,有1164条新的候选miRNAs,对应1157个前体;IVm库有174条保守miRNAs,对应131个前体,有1179条新的候选miRNAs,对应1175个前体。2.V.mali胁迫导致苹果树枝条miRNAs差异表达。BMd和IVm库中分别有23和39条miRNAs属于特异表达,1314条miRNAs属于共同表达;在侵染过程中,113条miRNAs上调表达,40条miRNAs下调表达(p≤0.01,|log_2(foldchange)|≥1)。3.构建了TBMd(对照)和TBVm(处理)两个降解组文库,鉴定到353条miRNAs(包含158条属于保守miRNAs)靶向1077个功能基因,其中差异表达的miRNA(p≤0.01)对应到106条靶基因。这些鉴定到的靶基因大部分属于转录因子,如NAC、TCP、MYB、SPL、SCL、ARF等,和部分抗病基因,如AFB2、At1g12290、RPM1、RPPL1、SNC1、WRKY33等,以及少数功能未知的序列。4.所有靶基因富集结果显示,参与的生化进程主要是“转录调控”、“细胞凋亡”、“植物超敏反应”、“防卫反应”和“生长素介导的信号通路”等;BMd和IVm库中差异表达的miRNAs对应的靶基因主要富集到“转录调控”、“生长素介导的信号通路”、“细胞核”和“SCF泛素连接酶复合体”,并分布在124条KEGG通路里,最显著富集的通路包括“半胱氨酸和甲硫氨酸代谢”、“核糖体”、“自噬调控”和“蛋白质外运”等。5.miRNAs与靶基因调控网络十分复杂,一条miRNA可以有多个靶标基因,同一个基因可以被多条miRNAs调控,且miRNA反馈调控sRNA通路关键元件Dicer和AGO蛋白。重要的是,高表达的保守的mdm-miR482b可能调控了多条抗病基因,其在侵染过程中下调表达,同时9条中度表达的新的miRNAs共同调控对几丁质反应的、在侵染过程中上调表达ATL2,暗示了这些miRNAs调控靶基因对寄主应答V.mali胁迫发挥了重要功能。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S436.611.11
【图文】：

产生机制,线性化过程,动态产生,剪切机

图 1-1 miRNAs 产生机制（Rogers and Chen 2013）Fig.1-1 The Major Steps in miRNA Biogenesis and Turnover（Rogers and Chen 2013）此外，miRNAs 的产生并不是简单的线性化过程，与 mRNA 剪切机制相互串NAs 的动态产生过程对维持 miRNAs 与靶基因的平衡有重要作用（Achkar ；Baranauske et al. 2015）。

调控机制

图 1-2 miRNAs 调控机制（Rogers and Chen 2013）Fig.1-2 miRNA-Mediated Gene Silencing（Rogers and Chen 2013）.2.2 植物 miRNAs 调控生长发育植物的生长发育过程受遗传信息和环境因子共同影响，有着十分复杂、精密的调制。研究发现，植物 miRNAs 在进化上存在一定的保守性，对其生长发育至关重要（d Zhang 2015），可以通过调控与细胞分化生长相关的转录因子和植物激素的表达式参与根、茎、叶、花和果实等部位发育、生育时期转变及器官极性建成等过程。：miR156 主要靶向 SPL 转录因子，其表达量会随植物生长而逐渐降低（Wang e009；Wu et al 2006），过表达 miR156 可促进植物营养生长，并推迟生殖生长（Su. 2013；Yang et al. 2011；Yu et al. 2010；Yu et al. 2015）。miR172 主要靶向 AP2 转子，其表达量会随植物生长而逐渐升高，miR172/靶基因可激活开花位点基因促使过程（Díaz Manzano et al. 2018），miR156 与 miR172 协同调控植物由营养生长向生长转变的过程（Schmid et al. 2003；Wu et al. 2009；Yu et al. 2012）。而iR156/miR172 模式被证实同样存在于杨树、桃树等木本植物中（Wang et al. 2011a；Z al. 2013）。同时，miR159 受赤霉素通路上的 DELLA 调控且靶向 MYB 基因进而调

韧皮部,苹果树,枝条,溶剂稀释

标基因参与寄主与苹果均满足 small RNA 测溶液用洗脱溶剂稀释S rRNA 条带明亮、清树枝条韧皮部总 RNA 的and purity of total RNA inng/μl） OD260nm/OD2.04 2.06

【参考文献】