解淀粉芽孢杆菌调控lncRNA提高拟南芥对高钙胁迫抗性的机理研究

发布时间：2020-06-25 13:37

【摘要】：解淀粉芽孢杆菌是一种根际促生菌,具有促进植物生长、增强植物抗逆、抗病能力等作用。长链非编码RNA是一种具有多种生物学功能的RNA转录本,是植物生物学领域的研究热点。本研究以哥伦比亚生态型拟南芥和解淀粉芽孢杆菌13-24菌株为实验材料,通过测定对照、菌株处理、高钙处理、高钙+菌株处理四种处理条件下拟南芥根部的各项生理生化指标,判定解淀粉芽孢杆菌处理能否提高拟南芥对高钙胁迫的抗性;通过对四种处理条件下拟南芥的根部进行全转录组测序分析,筛选拟南芥根部表达量受到高钙和菌株处理影响的lncRNA,分析这些lncRNA的生物学功能,初步揭示解淀粉芽孢杆菌13-24提高拟南芥对高钙胁迫抗性的作用机理及lncRNA在这一过程中可能具有的功能。本研究取得的初步成果如下:1.本研究测量了对照(Control)、菌株处理(解淀粉芽孢杆菌13-24)、高钙处理(40mM CaCl_2)、高钙+菌株处理(40mM CaCl_2+13-24)四种培养条件下,拟南芥的根长及苗干重、根部钾钠离子含量、氧化胁迫相关指标和抗氧化酶活性的变化。结果显示:40mM CaCl_2处理明显抑制了拟南芥根部的生长,但解淀粉芽孢杆菌13-24处理缓解了高钙胁迫对拟南芥生长的抑制;40mM CaCl_2处理严重破坏了拟南芥根部钾钠离子平衡,使得钠离子含量升高,钾离子含量降低,而解淀粉芽孢杆菌13-24处理能降低钠离子含量,增加钾离子含量,提高根部钾钠比;40mM CaCl_2处理对拟南芥造成了非常强的氧化胁迫,解淀粉芽孢杆菌13-24处理可以降低MDA和H_2O_2含量,提升部分抗氧化酶活性,极大的缓解了高钙逆境造成的氧化胁迫。综合生长情况及生理生化指标测定结果,分析判定解淀粉芽孢杆菌13-24能够提高拟南芥对高钙胁迫的抗性。2.对四种处理下共12个拟南芥根部样品进行去rRNA转录组测序,共获得0.94Gb Clean reads,141.2Gb Clean base,平均每个样品获得约78Mb Clean reads、11.15Gb Clean base,平均GC含量约为47.38%。分别将各样品的Clean reads与拟南芥参考基因组进行比对,比对效率在98.4%-99%之间,平均比对效率为98.68%。这些测序结果表明,转录组测序的质量好,数据可用于后续分析。3.以Log_2FC阈值为1,FDR0.05作为差异表达lncRNA的筛选标准,对四种处理下差异表达的lncRNA进行分析得到,CaCl_2 VS Control、13-24 VS Control、CaCl_2+13-24 VS CaCl_2差异表达的lncRNA总数分别为362个、40个、66个。其中上调表达lncRNA数分别为145个、13个、20个,下调表达lncRNA数分别为217个、27个、46个。4.对Control、CaCl_2、CaCl_2+13-24三种处理下差异表达的lncRNA转录本进行表达趋势归类分析,获得8类表达模式。其中,第5表达模式中有115个lncRNA,该表达模式表示lncRNA被高钙胁迫诱导上调,但在高钙+解淀粉芽孢杆菌13-24处理下,其表达水平回复到对照水平。本研究推测,这115个lncRNA可能对拟南芥响应高钙胁迫、解淀粉芽孢杆菌缓解高钙胁迫对拟南芥的伤害具有重要的作用。5.使用基因组位置分析、加权基因共表达网络分析及GO富集分析等方法预测解淀粉芽孢杆菌调控及高钙响应lncRNA可能具有的功能。预测结果发现了一些可能受到lncRNA调控的基因,如赤霉素响应基因(Gibberellin-regulated family protein)、茉莉酸响应基因(Jasmonate-zim-domain protein 3)、蛋白激酶基因(Protein kinase superfamily protein)等,这些基因分别参与到了氧化还原、过氧化氢代谢、信号转导、植物激素调节、蛋白质磷酸化等生物学过程中。本研究推测解淀粉芽孢杆菌调控及高钙响应lncRNA可能是通过以上这些途径发挥功能并起调控作用,提高了拟南芥对高钙胁迫的抗性,进而影响了拟南芥在高钙胁迫下生理表型的变化。
【学位授予单位】：贵州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q945.78
【图文】：

lncRNA分类（Wang＆Chekanova，2017）

分子机制,植物,诱饵,染色质

也能与几种染色质重塑蛋白引导植物细胞内染色质发生变化（图1-2C）。在植物 lncRNA 的研究中，能调节染色质修饰的 lncRNA 已经在拟南芥的 FLC 基因上得到证实。在春化途径中，在募集复合物 PRC2 到 FLC 的过程里，FLC 基因座染色质的结构发生了改变，使得 FLC 的表达受到了抑制（Zhu＆Wang，2012）。1.2.4.4 作为诱饵分子发挥作用作为诱饵分子的 lncRNA 通常以招募其他类型的 RNA 结合蛋白（RBP）的形式来调控目标基因的表达（图 1-2D）。而 RBP 一般都是一些染色质修饰物、转录因子以及调控因子等（Wang＆Chekanova，2017）。一般来说，作为诱饵分子的 lncRNA 可以诱捕 miRNA

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