棉花纤维伸长相关miRNA的筛选及功能验证

发布时间：2020-08-04 17:58

【摘要】：棉纤维是纺织工业中最重要的原料,是研究细胞伸长的理想模型体系。此外,纤维长度是棉花最重要的性状之一。已有许多研究报道发现miRNA参与调控纤维发育,然而大多数集中在对纤维起始的研究,对纤维伸长的研究报道还很少,对纤维伸长与miRNA相关的自然遗传变异缺乏了解,对miRNA参与调控纤维伸长的深入研究还不多。本研究以从陆地棉和海岛棉的回交自交系群体中筛选出纤维长度存在显著差异的两个品系(命名为“Long”和“Short”)为材料,研究miRNA与棉花纤维伸长的关系,主要结果如下:1.以“Long”和“Short”为亲本,构建包含1510个单株的F2群体,从中随机挑选148株进行简化基因组测序,构建高密度遗传图谱。该遗传图谱的总长度为3462.8cM,包含9182个单核苷酸多态性位点,标记之间平均遗传距离为0.38 cM。对F2和F2:3群体进行纤维长度QTL定位发现,一共检测到7个长度相关的QTL,其中在染色体A08和D03上检测到两个稳定的QTL:qFL-A08-1、qFL-D03-1,并发现这两个QTL都有前人报道过。对该群体进行重组热点分析,找到了 9个重组热点。利用亲本10DPA的RNA-seq数据,筛选到了两个纤维长度相关的候选基因:细胞色素b5(CB5,Gh_A08G1729)和微管末端结合基因(EB1C,Gh__D3G0232)。2.对“Long”和“Short”的开花后10天的纤维进行miRNA高通量测序,分析了 miRNAs及其靶基因在纤维快速伸长过程中的差异表达情况。进一步进行荧光定量PCR分析以验证结果。共检测到463个miRNA,其中47个差异表达,而且有9个差异表达的miRNAs能与前人报道的9个纤维长度QTL共定位,并对这9个miRNA的靶基因进行降解组、RACE验证和功能注释,找到了参与调控纤维伸长的候选miRNA。其中miR477b和miR160a能与多个QTL共定位。本研究还分析了异源多倍体棉花与其二倍体祖先种中miRNAs及靶基因之间的调控关系的变化。这些结果将有助于理解棉花中miRNAs纤维伸长的分子遗传调控机制。3.进一步对miR477b进行深入分析。在陆地棉和海岛棉中进行了 miR477家族的鉴定和分析,比较了两个材料中miR477序列的差异。利用病毒诱导基因沉默(VIGS)技术对miR477功能进行验证,发现过表达miR477b使棉花纤维伸长,而抑制miR477导致纤维变短。并对靶基因(DELL4)和下游相关基因(RDLL1和EXPA1)进行了表达量分析和序列比对。认为miR477对纤维伸长有重要作用。4.对miR160a-5p进行深入分析。在陆地棉和海岛棉中进行了 miR160家族的鉴定和分析,并比较了不同成员的表达量。VIGS功能验证发现,过表达miR160a-5p导致靶基因ARF17表达量下降,下游基因GH3随之下降,导致生长素积累增加,纤维显著伸长,而抑制miR160a-5p使纤维长度变短。本研究发现miR160a-5p参与纤维伸长的调控过程。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S562
【图文】：

而与之相反的，Ａ０１、Ａｌ］、Ａ１２和Ａ１３四条染色体表现出显著高于它们的同源染色体Ｄ０１、Ｄ１１、逡逑Ｄ１２和Ｄ１３的重组率。通过对全基因组中各位点重组率的扫描，我们在该群体中共鉴定出了邋９个重逡逑组热点区，分布在染色体ＤＯＫ邋Ｄ０３、Ａ０７、Ｄ０７、Ｄ０９、Ｄ１２和Ｄ１３上（图２．２）。对这９个重组热逡逑点区来说，分布在Ｄｔ亚基因组中的个数要比分布在Ａｔ亚基因组中的更多，这与我们上面得到的结逡逑论Ｄｔ亚基因组的重组率高于Ａｔ亚基因组的重组率一致，与前人的报道也相符（Ｓｈｅｎ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２０１７）。逡逑２．３．４邋Ｆ２和Ｆ２：３群体中纤维品质性状的ＱＴＬ定位逡逑基于我们构建的高密度遗传图谱，我们对５个纤维品质性状在Ｆ２群体，Ｆ２：３群体三个环境、平逡逑均值，以及ＢＬＵＰ值进行了邋ＱＴＬ定位。共鉴定到了邋９个ＱＴＬ，其中纤维长度相关的ＱＴＬ有７个，逡逑纤维强度相关的ＱＴＬ有４个。这些ＱＴＬ能在１个或多个环境被检测到，我们把在三个及以上环境逡逑中都能检测到的ＱＴＬ认定为稳定的ＱＴＬ

＿Ｚ）０？ＧＹ＾２）作逡逑为最可能的候选基因，并在两个亲本纤维伸长不同时期进行表达模式分析，分析结果如图２．４所示。逡逑编码细胞ｆｔ素邋ｂ５邋的基因位于ｆ｝ＦＬ－Ａ０８－ｌ邋中’该基因在“Ｓｈｏｒｔ”逡逑中的表达量显著高于在“Ｌｏｎｇ”中的表达量，这一结果表明，该基因可能对棉花纤维的伸长有抑制作逡逑用，基因表达量高，纤维长度越短，反之，纤维变长。对于另一个位于ｑＦＬ－Ｄ０３－丨上的编码微管末逡逑端结合蛋白的基因ＧＡ＿￡＞ｆｔ５Ｇ０２Ｊ２）在“Ｌｏｎｇ”中比在“Ｓｈｏｒｔ”中有逡逑更高的表达水平，特别是在０－１５ＤＰＡ快速伸长的纤维中，两个材料的表达差异更加显著。尽管该基逡逑因在“Ｌｏｎｇ”中１５邋ＤＰＡ后表达量开始降低，但仍然显著高于“Ｓｈｏｒｔ”中的表达量。根据共表达网络分逡逑析结果，分别有３和３５个基因表现出与ＣＪ／？」＜＜ＷＧ／７２９和ＧＡ＿￡ＷｉＧ０２Ｊ２有协同共表达关系：有３和逡逑４个基因有抑制关系。然后使用亲本１０ＤＰＡ纤维中转录组数据分析了共表达基因的表达量，结果发逡逑现仅一个基因（Ａ／ｗ／印／ｅ邋Ｃ２邋ｉ／ｏｍａ／／ｉ逦／嘴／0／１尸／＇0纪／＇？邋又邋Ａ／ＣＴＰｊ，逦能与逡逑Ｇ／ｉ＿．４似Ｇ／７２９协同共表达（图２．４ｃ）。而有２８个基因表现出与ＧＡ＿￡＾Ｇｆｌ２ｉ２协同共表达的趋势

“Ｓｈｏｒｔ”中有６５个。逡逑为了近一步分析这些新ｍｉＲＮＡｓ的特点，我们又分析了这些ｍｉＲＮＡ的长度和５’端核苷酸碱基逡逑偏好性（图３．４）。在８３个新ｍｉＲＮＡｓ中，２丨ｎｔ的ｍｉＲＮＡ数量最多，其次是２２邋ｎｔ的ｍｉＲＮＡ。通逡逑过对５’端核苷酸的碱傶偏好性分析发现，多数ｍｉＲＮＡ第一个核苷酸碱基都是尿嘧啶Ｕ邋（图３．４），逡逑这一结果也与前人在棉花中的报道一致（Ｐａｎｇ邋ｅｔａｌ．邋２００９；邋Ｙａｎｇ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２０１３）。ｍｉＲＮＡ是否存在ｍｉＲＮＡ＊逡逑（位于前体二级结构的另一个茎上）是验证这些Ｓｍａｌｌ邋ＲＮＡ是否是ｍｉＲＮＡ的一个重要证据的（Ｍｅｙｅｒｓ逡逑ｅｔ邋ａＬ邋２００８）。在我们鉴定到的８３个新的ｍｉＲＮＡ中

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 周凌;;研究人员培育出更长、更强壮的棉花纤维[J];基层农技推广;2015年06期

2 邴杰;张根发;;激素和脂肪酸对棉花纤维发育调控的研究进展[J];生物学通报;2012年02期

3 陈良兵,李永起;棉花纤维发育的分子研究进展[J];分子植物育种;2004年01期

4 张丽君;前房棉花纤维异物观察报告(附二例)[J];眼外伤职业眼病杂志(附眼科手术);1990年01期

5 李鸿杰;;棉花纤维与“保健衣料”[J];植物杂志;1990年01期

6 李鸿杰;;漫话棉花纤维的新用途[J];植物杂志;1990年05期

7 ;增产菌的好处[J];新农业;1989年12期

8 奚伟红;PC—603型血细胞自动计数仪堵孔报警原因及排除方法[J];临床检验杂志;1989年02期

9 ;科学之窗[J];世界科学;1989年05期

10 郑先干;张石良;;微机在遗传力及有关几个参数计算中的应用[J];生物学杂志;1989年05期

相关会议论文 前10条

1 刘进元;张兵;杨亦纬;;棉花纤维伸长细胞的比较蛋白质组学解析[A];第三届全国植物蛋白质组学大会摘要集[C];2010年

2 缑金营;王凌健;林芝萍;陈晓亚;;棉花纤维发育的基因表达谱研究[A];长三角现代植物生物学与农业专题论坛论文集[C];2005年

3 罗达;;中国科学家在棉花纤维发育研究领域取得最新进展[A];第二届热带亚热带植物资源的遗传多样性与基因发掘利用研讨会论文集[C];2006年

4 刘进元;边少敏;杨亦玮;;棉花纤维伸长过程的蛋白质组学解析[A];第二届全国植物蛋白质组学学术研讨会论文集[C];2007年

5 刘迪秋;涂礼莉;朱龙付;曾范昌;郭小平;张献龙;;棉花纤维特异或优势表达基因的分离和功能研究[A];中国棉花学会2006年年会暨第七次代表大会论文汇编[C];2006年

6 刘迪秋;涂礼莉;朱龙付;曾范昌;林忠旭;郭小平;张献龙;;棉花纤维特异或优势表达基因的分离和功能研究[A];湖北省遗传学会、江西省遗传学会2006年学术年会暨学术讨论会论文摘要集[C];2006年

7 张则婷;周颖;邵苏强;李学宝;;棉花14-3-3蛋白在纤维发育中相互作用研究[A];基因开启未来：新时代的遗传学与科技进步——湖北省遗传学会第八次代表大会暨学术讨论会论文摘要汇编[C];2009年

8 孙高飞;何守朴;杜雄明;;棉花纤维和种子的转录调控与基因表达相关网络分析[A];中国棉花学会2014年年会论文汇编[C];2014年

9 朱玉贤;;棉花胚珠细胞中乙烯生物合成的调控机制研究[A];中国遗传学会植物遗传和基因组学专业委员会2009年学术研讨会论文摘要汇编[C];2009年

10 卢迎春;姬生健;罗天宽;朱玉贤;;棉花纤维功能基因的克隆与研究[A];中国生物工程学会第三次全国会员代表大会暨学术讨论会论文摘要集[C];2001年

相关重要报纸文章 前10条

1 范建;棉花纤维基因和杨树基因十分相似[N];科技日报;2008年

2 曾伟晶;棉花歉收 世界服装价格飙升波及俄罗斯[N];远东经贸导报;2010年

3 通讯员 方刚;市质监部门棉花纤维质量监管成效显著[N];孝感日报;2008年

4 ;中化加钾[N];经济日报.农村版;2006年

5 韩军营　谭明堂 高锐绪;顺乎民意办实事[N];青岛日报;2007年

6 记者 白续宏;专家建议：优选品种规避风险[N];山西日报;2011年

7 本报记者　 吴郁真 通讯员　 刘 明 杨 东;五十年磨一剑[N];中国企业报;2006年

8 施芳;“做最好的自己”[N];人民日报;2006年

9 河北省农林科学院 张静波 尹晓琳;棉花贮藏中存在问题及对策[N];河北科技报;2010年

10 周荣华 方刚 张华;国家棉花HVI检测实验中心落户孝感[N];中国质量报;2006年

相关博士学位论文 前10条

1 刘国元;棉花纤维伸长相关miRNA的筛选及功能验证[D];中国农业科学院;2019年

2 曾健晏;细胞分裂素通过干扰胚珠表皮GhPIN3a介导的生长素不对称积累抑制棉花纤维起始[D];西南大学;2019年

3 朱守鸿;棉花纤维发育相关基因GhCLASP2和GhAlaRP功能研究[D];石河子大学;2019年

4 缑金营;棉花纤维发育研究：表达谱和代谢谱分析[D];中国科学院研究生院（上海生命科学研究院）;2006年

5 罗明;GhDET2和GhKTN1在棉花纤维细胞发育中的功能[D];西南大学;2007年

6 刘康;棉花纤维发育的蛋白质组学研究[D];南京农业大学;2006年

7 涂礼莉;海岛棉纤维发育相关基因表达谱分析及功能基因的发掘[D];华中农业大学;2007年

8 叶文雪;棉花纤维初始发育的遗传学和转录组学分析[D];南京农业大学;2014年

9 韩杰;植物肽类激素PSK在棉花纤维发育中的功能研究[D];华中农业大学;2014年

10 朱一超;棉花纤维发育转录因子的表达分析和两个基因的克隆与初步功能分析[D];南京农业大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 黄慧;GhPCBER在棉花纤维发育中的功能研究[D];华中农业大学;2018年

2 欧阳许芬;油菜素内酯与赤霉素协同促进棉花纤维伸长的分子机制[D];西南大学;2018年

3 何艳丽;国内外棉花纤维中农药残留检测技术和安全风险分析[D];河南农业大学;2017年

4 谢丽霞;棉花纤维细胞壁结构酚酸及苯丙烷类化合物分子量的分析[D];新疆农业大学;2016年

5 王红岩;棉花纤维起始及伸长过程中的比较蛋白质组学研究[D];华中农业大学;2014年

6 谭琨岭;菜油甾醇和谷甾醇对棉花纤维发育的影响[D];西南大学;2009年

7 张重庆;农药在棉花纤维上的衰减性能研究[D];浙江理工大学;2014年

8 王晋;棉花纤维初始发育期14-3-3相互作用蛋白的酵母双杂交筛选[D];南京农业大学;2011年

9 郝佩佩;棉花纤维初始发育的磷酸蛋白质组学研究[D];南京农业大学;2011年

10 周晓琳;泛素连接酶基因GhATL68在棉花纤维发育中的功能研究[D];华中农业大学;2017年

本文编号：2780885