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用MicroRNA基因芯片分析菌根和供磷水平对番茄体内MicroRNA表达的影响

作　者: 徐科
导　师: 徐国华；朱毅勇
学　校: 南京农业大学
专　业: 植物营养学
关键词: 番茄磷小RNA 基因芯片菌根
分类号: S641.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

磷是植物生长的必需营养元素,由于磷在土壤中不易移动,因此有效性比较低,是造成植物缺磷的主要原因。植物可以通过扩大根系生长,分泌有机酸等一系列生理机制来提高对土壤中磷的利用率。除此之外,植物根系与菌根菌共生是植物适应土壤缺磷的另一个重要机制。植物通过菌根菌大量伸展到土壤中的菌丝体吸收磷等矿质营养和水分,同时以光合产物作为交换输送给菌根菌。研究发现,在植物根系与菌根菌识别并共生的过程中,包括了一系列的信号转导过程以及生理与分子变化,有些变化与缺磷植物相似,而有些变化又与植物与微生物共生类似。而引起这些变化的调控过程及机理则还不清楚。MicroRNAs (miRNAs)是一类新鉴定的、非编码蛋白、长度约为22 nt的单链小RNA分子。最近的研究发现microRNA(miRNA)作为调控基因表达的调控因子参与了植物生长和发育的各个方面,同时在一些非生物因子造成的胁迫,如养分缺乏过程中,甚至在豆科植物与固氮菌共生过程中都涉及到miRNA的变化等。但是有关miRNA是否参与植物与菌根菌共生,以及与缺磷胁迫过程中miRNA的异同之处,则还未见报导。miRNA基因芯片是近几年迅速发展起来的一种研究植物miRNA差异表达的技术手段,随着植物中新miRNA不断被发现,运用基因芯片可以更加迅速地为我们提供有关miRNA在植物生理变化过程中的信息。在本研究中我们利用miRNA基因芯片分析了在缺磷、正常供磷和菌根菌侵染三种处理下番茄体内miRNA的表达,从中筛选到35个可能与菌根侵染特异相关的miRNA。其中miR158、miR394、miR414、miR418、miR779.1、miR824、miR846、miR847、miR855在根中上调,miR404在根中下调,miR158、miR164、miR172、miR173、miR319、miR396、miR398、miR407、miR415、miR420、miR771、miR775、miR778、miR829.1、miR832-3p、miR837-3p、miR840、miR843、miR847、miR860、miR862-5p、miR865-5p、miR867在叶中上调,miR168和miR851-3p在叶中下调。再通过植物miRNA靶基因搜索服务器miRU (http://bioinfo3.noble.org/ miRNA/miRU.htm)我们寻找到了其中14个miRNA的靶基因,进一步通过与拟南芥数据库进行BLAST,预测到14个编码已知功能蛋白质的靶基因和7个编码未知功能蛋白质的靶基因,经分析后发现这14个蛋白质中有5个是与代谢相关的蛋白质,5个是与转录因子相关的蛋白质,4个是与环境胁迫相关的蛋白质,1个是与细胞生长相关的蛋白质,1个是与DNA加工相关的蛋白质,其中有2个蛋白质与代谢和环境胁迫都相关。同时,通过基因芯片我们还在根内找到了14个与磷相关的miRNA,其中miR395、miR415、miR862-5p和miR866-5p上调,miR159、miR162、miR166、miR167、miR168、miR396、miR399、miR834、miR840、miR862-3p下调。在叶中筛选到了12个相关的miRNA,其中miR163、miR404、miR414、miR418、miR472和miR855上调,miR417、miR823、miR825、miR844*、miR845和miR853下调。经预测发现了16个编码已知功能蛋白质的靶基因和6个编码未知功能蛋白质的靶基因,经分析后发现这16个蛋白质中有9个是与代谢相关的蛋白质,3个是与转录因子相关的蛋白质,5个是与环境胁迫相关的蛋白质,2个是与DNA加工相关的蛋白质,其中有3个蛋白质与代谢和环境胁迫都相关。以上这些发现还有待进一步通过RT-PCR和Northern Blot手段和方法进行验证,但表明植物中的确有众多的microRNA参与磷素营养和菌根调控的基因表达。

全文目录

摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
一、文献综述  11-31
  1 miRNA概述  11-21
    1.1 miRNA的发现  11-12
    1.2 miRNA的生物合成  12-14
    1.3 miRNA的作用机制  14-16
    1.4 植物miRNA的特点  16-17
    1.5 miRNA的功能  17-21
  2 miRNA的分离和鉴定方法  21-25
    2.1 小分子RNA克隆  21-23
    2.2 生物信息学预测法  23-24
    2.3 遗传学筛选法  24
    2.4 miRNA的命名及Rfan数据库  24-25
  3 植物磷素营养与植物对缺磷胁迫的响应  25-27
    3.1 缺磷胁迫下植物根系形态的变化  25-26
    3.2 缺磷胁迫下植物的生理变化  26-27
  4.植物与菌根菌共生是适应缺磷的一个重要的机制  27-28
  5 基因芯片技术  28
    5.1 基因芯片的概念  28
    5.2 基因芯片的特点  28
    5.3 基因芯片存在的一些问题  28
  6 研究目的和意义  28-31
二、正文  31-55
  1 材料与方法  31-36
    1.1 实验材料  31
    1.2 实验设计  31-32
    1.3 实验方法  32-35
    1.4 数据统计  35-36
  2 结果  36-50
    2.1 菌根菌侵染根系的鉴定  36
    2.2 菌根菌侵染的分子生物学验证  36-38
    2.3 不同磷水平对番茄生物量的影响  38-39
    2.4 菌根菌的侵染后植物体内磷含量的变化  39-40
    2.5 miRNA基因芯片数据筛选  40-44
    2.6 miRNA靶基因预测  44-50
  3 讨论  50-55
全文结论  55-57
创新点  57-59
参考文献  59-71
作者简介  71-73
致谢  73

用MicroRNA基因芯片分析菌根和供磷水平对番茄体内MicroRNA表达的影响

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