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‘金冠’苹果miRNA克隆分析及Md-miRLn11靶向调控Md-NBS基因表达影响斑点落叶病抗性研究

作　者: 马超
导　师: 李天忠
学　校: 中国农业大学
专　业: 果树学
关键词: 苹果 microRNA Md-miRLn11 NBS-LRR类蛋白基因 真菌病害抗性
分类号: S661.1
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


MicroRNA (miRNA)作为非编码小RNA在植物生长发育各个阶段都起到重要作用。RNA前体(primary RNA)经核醣核酸聚合酶Ⅱ(RNA polym erase Ⅱ)转录后依靠自身的序列特点折叠形成颈环二级结构,再由DCL1酶切割形成21-24nt长度的成熟miRNA。目前在权威的miRBase数据库中已经有52个物种的4053条：miRNA序列注册(miRBaese Release18),它们分别属于不同的miRNA家族,在植物的生长发育、植物抗逆等方面起到重要作用。miRNA的功能多样性以及可以在砧木和接穗之间传递的特点使得人们猜测它在以嫁接为主要繁殖方式的果树中起到重要的调节作用。然而目前有“世界第一水果”之称的苹果有关miRNA的报道极少,特别是苹果miRNA与抗病之间的研究仍是空白。在当前真菌病害严重威胁苹果产业发展的情况下,研究苹果miRNA与抗病性的关系具有非常重要的理论与应用价值。本研究以‘金冠’苹果为试材,利用各种技术手段,克隆了miRNA及其前体,分析了miRNA作用,明确了Md-miRLn11靶向NBS类蛋白基因调控真菌病害-斑点落叶病,主要研究结果如下：1.利用目前常用的高通量测序技术和生物信息学预测技术,结合‘金冠’苹果基因组信息、miRBase和PMRB (plant miRNA database)数据库中的已知miRNA信息全面分析预测苹果miRNA。通过以上两种方法并根据序列的二级结构特点、自由能大小等,最终共筛选得到146条可能的苹果miRNA前体序列,将这些miRNA前体序列定位在‘金冠’苹果基因组中,发现苹果基因组中miRNA呈现一种集中成束出现的规律,同一家族的miRNA经常在基因组中2-3M的区域内出现。2.根据苹果基因组信息设计特异性引物克隆这146个miRNA前体,结果显示克隆结果与预测序列基本相符(个别碱基与基因组中序列不同,现已经多次测序确定)。同时利用茎环引物反转录的方法在‘金冠’苹果中克隆这146条miRNA前体产生的成熟miRNA,共获得11个新miRNA,22个保守miRNA,非保守miRNA8个。推测未克隆到的miRNA可能在苹果生长发育的其他时期表达,或者在逆境条件下表达。3.提取‘金冠’苹果叶片、韧皮部、花、果肉、果皮小分子RNA,利用real-timePCR的方法分析这41个成熟miRNA在这些组织中的表达量。结果显示这些miRNA在各组织中的表达量大不相同,各个组织中miRNA的整体表达水平也不相同。总体分析,在叶片和花中miRNA总体表达量较小,而在果实中总体表达量较高。由此推测在苹果果实的发育过程中参与各种代谢的miRNA种类更多,苹果果实发育过程相对于叶片和花发育过程可能更复杂。4.根据苹果基因组信息,运用SOPE软件将146个‘金冠’苹果pri-miRNA可形成的成熟miRNA在基因组的靶位点做出预测。发现几乎所有miRNA都对应多个对应的靶位点,个别miRNA未找到基因组中的靶位点。并根据http://sma-tools.cmp.uea.ac.uk/软件预测已知miRNA的功能,根据http://linux1.softberry.com/berry.phtml软件预测新miRNA的功能。针对能够预测到功能的新miRNA,利用miRNA靶基因5’RACE的方法鉴定miRNA与靶基因之间的切割关系,最终证明Md-miRLn3、Md-miRLn4、Md-miRLn11可以分别切割其对应的靶基因,对苹果各个miRNA功能的预测可以应用在今后的实验中。在预测中发现Md-miRLn11靶向一个NBS类抗病蛋白基因,可能与植物抗真菌病相关。5.根据Md-miRLn11可靶向切割Md-NBS基因的实验基础,对40个抗感苹果斑点落叶病品种的Md-miRLn11与Md-NBS基因表达进行分析。Real-time PCR的结果显示在感病品种中Md-miRLn11的表达量显著高于抗病品种,而抗病品种中Md-NBS基因的表达量明显高于感病品种,二者之间存在一定的对应关系。由以上两实验初步证明Md-miRLn11可靶向控制Md-NBS基因的表达。6.进一步分析Md-miRLn11与抗病基因Md-NBS之间的关系发现,抗性苹果品种‘鸡冠’叶片注射Md-miRLn11超表达载体后接种斑点落叶病菌,96.5%的株系都表现出不同程度的斑点落叶病表型；在感病品种‘富士’中注射Md-NBS基因超表达载体,53.9%的株系表现出斑点落叶病抗性,仍有29.5%的植株表现出较严重的感病表型。实验结果表明在苹果中Md-miRLn11可以通过调控Md-NBS基因的表达改变植株对斑点落叶病的抗性,即超表达Md-miRLn11降低Md-NBS基因表达量导致斑点落叶病抗性降低；超表达Md-NBS基因可在一定程度上增强斑点落叶病抗性。综上所述,本研究在‘金冠’苹果中克隆获得了146个miRNA,11个为其他物种中未见报到的新microRNA,其中,Md-miRLn11靶向一个NBS-LRR类蛋白基因,Md-miRLn11通过调控Md-NBS基因表达影响真菌病害-苹果斑点落叶病抗性。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-13
第一章 文献综述  13-27
  引言  13
  1.1 miRNAs的发现与命名  13-14
  1.2 植物miRNA的特点  14-15
  1.3 miRNA的作用机制  15-17
  1.4 miRNA的研究方法  17-21
    1.4.1 miRNA的获得  17-19
    1.4.2 miRNA的表达分析方法  19-20
    1.4.3 miRNA与靶基因关系的研究  20-21
  1.5 miRNA的生物学功能及应用  21-23
    1.5.1 植物miRNA与生长发育  21-22
    1.5.2 植物miRNA与非生物胁迫抗性  22
    1.5.3 植物miRNA与抗病性  22-23
    1.5.4 amiRNA在植物中的应用  23
  1.6 苹果斑点落叶病  23-25
    1.6.1 苹果斑点落叶病病原菌及发病症状危害  23-24
    1.6.2 苹果斑点落叶病防治  24-25
  1.7 本研究的意义及立项依据  25-27
第二章 高通量测序结合生物信息学预测全基因组定位金冠苹果miRNA  27-38
  引言  27
  2.1 材料与方法  27-30
    2.1.1 试验材料  27
    2.1.2 数据信息  27-28
    2.1.3 计算机比对过程  28-29
    2.1.4 金冠苹果miRNA在基因组中的分布位置标注  29-30
  2.2 结果与分析  30-36
    2.2.1 金冠苹果新miRNA及已知miRNA基因组序列分析  30-33
    2.2.2 金冠苹果miRNA家族分类  33
    2.2.3 金冠苹果miRNA基因组定位分析  33-36
  2.3 讨论  36-38
第三章 金冠苹果成熟miRNA及miRNA前体克隆  38-52
  引言  38
  3.1 材料与方法  38-46
    3.1.1 试验材料  38
    3.1.2 试剂及试验仪器  38-39
    3.1.3 培养基和溶液的配制  39
    3.1.4 试验方法  39-46
  3.2 结果与分析  46-50
    3.2.1 金冠苹果miRNA前体的克隆  46-48
    3.2.2 金冠苹果成熟miRNA的克隆  48-50
  3.3 讨论  50-52
第四章 金冠苹果miRNA组织特异性分析  52-59
  引言  52
  4.1 材料与方法  52-55
    4.1.1 试验材料  52
    4.1.2 试剂及试验仪器  52-53
    4.1.3 试验方法  53-55
  4.2 结果与分析  55-57
    4.2.1 荧光定量曲线分析  55-56
    4.2.2 miRNA在金冠苹果各个组织中的表达分析  56-57
  4.3 讨论  57-59
第五章 金冠苹果miRNA靶基因预测及其相互关系的鉴定  59-70
  引言  59
  5.1 材料与方法  59-61
    5.1.1 试验材料及试剂  59
    5.1.2 试验方法  59-61
  5.2 结果与分析  61-69
    5.2.1 金冠苹果miRNA基因组靶位置分析  61-64
    5.2.2 金冠苹果miRNA靶基因功能预测  64-66
    5.2.3 苹果新miRNA靶基因克隆及分析  66-67
    5.2.4 miRNA靶基因5'RACE分析  67-69
  5.3 讨论  69-70
第六章 Md-miRLn11调控Md-NBS基因影响植株斑点落叶病抗性  70-82
  引言  70
  6.1 材料与方法  70-74
    6.1.1 试验材料及试剂  70-71
    6.1.2 试验方法  71-74
  6.2 结果与分析  74-79
    6.2.1 不同抗性苹果品种Md-miRLn11及Md-NBS基因表达分析  74-76
    6.2.2 Md-miRLn11及Md-NBS基因农杆菌注射载体构建  76-77
    6.2.3 Md-miRLn11与Md-NBS基因在抗感病品种中注射后接菌抗性变化分析  77-79
  6.3 讨论  79-82
结论  82-83
参考文献  83-92
致谢  92-93
附录  93-103
个人简历  103

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中图分类: > 农业科学 > 园艺 > 果树园艺 > 仁果类 > 苹果
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