miRNA及其靶基因调控植物根系生长发育的研究进展

为阐明microRNA(miRNA)及其靶基因调控植物根系生长发育的分子机制，依据PubMed、Web of Science和中国知网数据库，以“miRNA”、“植物”和“根系”为关键词，检索了1993—2021年发表的相关文献，进行整理和归纳，分析了miRNA及其靶基因对植物根系的调控机理。结果表明:1)根系生长发育是一个复杂且高度有序的生物学过程，众多的miRNA及其靶基因参与调控。2)miRNA通过互补配对的方式对靶基因进行转录切割或翻译抑制，在转录后水平调控根系生长发育相关基因的表达。3)miRNA介导的根系生长发育调控在主根生长、侧根形成、不定根发育、根系形态结构、维管束形态、植物激素诱导、生物和非生物胁迫响应等方面发挥着重要的调控作用。     

葡萄miR159s靶基因的鉴定及其应答GA在果实不同组织的调控作用

【目的】鉴定葡萄miR159家族成员及其靶基因,明确葡萄miR159家族成员及其靶基因应答外源赤霉素（GA）在无核葡萄果实不同组织发育过程中的作用。【方法】以‘白罗莎里奥’葡萄（Rosario Bianco）为试材,利用miR-RACE和PCR技术克隆鉴定VvmiR159a/b/c的成熟体及前体序列;通过PsRNATarget软件预测VvmiR159s的靶基因,利用生物信息学软件对其进行系统进化及保守结构域分析;通过启动子作用元件分析预测VvmiR159s及其靶基因的潜在功能;采用RLM-RACE和PPM-RACE验证VvmiR159s对靶基因的裂解作用;利用qRT-PCR鉴定其应答外源GA在葡萄果实不同组织发育过程中的时空表达模式。【结果】从‘白罗莎里奥’葡萄果实中克隆获得VvmiR159a/b/c的成熟体序列、前体序列并折叠发夹结构。鉴定到VvmiR159s的四条靶基因（VvGAMYB、VvMYB48、VvAIX15、VvGRAS-l）,其中VvmiR159s与VvGAMYB匹配程度最高,与VvAIX15匹配程度最低。靶基因系统进化及保守结构域分析显示,4条靶基因与其他物种同源基因具有较高同源性。VvmiR159s前体基因及其靶基因启动子的激素响应元件均以赤霉素和水杨酸响应元件为主,表明其可能主要通过应答这两种激素参与调控葡萄的生长发育过程。VvmiR159s在不同组织中的表达具有时空特异性,其中VvmiR159c在果皮和果肉中的表达趋势不同,在果皮中VvmiR159a/b/c与VvAIX15的表达水平呈负相关;而在果肉中,VvmiR159a/b与VvGAMYB和VvAIX15的表达模式相反。此外,在葡萄果皮、果肉中GA处理可显著下调VvmiR159a/c的表达,但却在幼果果肉中上调VvmiR159b的表达。表明葡萄miR159家族成员在果实不同组织中通过不同模式应答GA信号参与果实发育的调控。【结论】葡萄miR159家族含有VvmiR159a/b/c 3个成员;3个成员均可切割VvGAMYB、VvMYB48、VvAIX15及VvGRAS-l 4个靶基因;VvmiR159a/b/c及其4个靶基因可能以不同的GA应答模式参与调控葡萄果皮与果肉的发育。     

蒙古马高负荷运动训练前后miRNA差异表达分析

为研究蒙古马高负荷运动训练前后miRNA差异表达,利用二代测序技术对6匹经4个月高负荷运动训练的蒙古马进行了调查,筛选训练前后发生差异表达的相关基因及其所参与的生物学过程。在训练前与训练后两个时期分别采集肌肉样品,建立蒙古马肌肉miRNA文库,对训练前后表达量发生显著变化的差异miRNA进行靶基因预测,并进行GO功能富集与KEGG Pathway分析。结果表明:1)在蒙古马高负荷训练前后两个文库中,分别筛选得到366和346个miRNA,共表达miRNA达248种,分别预测得到7 620和7 535个靶基因。其中高丰度表达的miRNA有miR-1、miR-378、miR-21、miR-101、miR-133a等;2)靶基因参与调控的生物学过程包括:发育过程、解剖结构发育、蛋白质结合、酶结合等;3)KEGG Pathway结果显示,在210条被注释的信号通路中与运动代谢相关的有:调节肌动蛋白细胞骨架,钙信号通路、心肌收缩等。本研究结果可为探究蒙古马强耐力的基本分子机理提供理论基础,同时也为了解蒙古马运动学特性提供新思路。     

葡萄miR169及其靶基因的生物信息学分析

[目的]明确葡萄miR169(vvi-miR169)基因家族在葡萄生长发育及逆境胁迫响应中的重要作用,为其在葡萄分子育种和抗逆新品种选育中的应用提供参考依据.[方法]利用miRNA、Phytozome、NCBI等数据库及ClustalX 2.1、MEGA 6.0、RNAfold WebServer、psRNATarget等在线软件对vvi-miR169基因家族的序列分布、定位特征、二级结构、发育进化树和靶基因调控功能进行生物信息学分析.[结果]在miRBase中搜索到25条vvi-miR169基因同源序列,分别分布在6条染色体上,其中以位于Chr11上的序列最多,共有17条,位于Chr01、Chr04和Chr14上各有2条,而在Chr08和Chr17上各有1条.vvi-miR169基因家族成熟序列的碱基保守性很高,其前体序列均可形成稳定的二级茎环结构,且位于同一条染色体上的miR169基因序列显示出相对更近的亲缘关系.vvi-miR169基因家族共预测到21个靶基因,绝大部分miRNA都有多个靶基因,且不同miRNA具有相同的靶基因,其中有22个miRNA靶基因均含有GSVIVT01015120001(NF-YA转录因子).[结论]vvi-miR169基因家族序列保守性较高,家族特征明显,且具有相似的调控功能;NF-YA转录因子是vvi-miR169基因家族最主要的靶基因,也是葡萄生长发育过程中抗逆境胁迫的主要调控元件.     

绒山羊胚胎期次级毛囊发生发育相关miRNA的筛选及靶基因验证

为筛选绒山羊次级毛囊发生发育相关microRNA(miRNA)及靶基因验证,本研究基于课题组前期高通量测序技术得到绒山羊胎儿期(45、55、65、75、95、115和135 d)皮肤组织miRNA表达谱的基础上,鉴定各比对组中差异表达的miRNA并根据毛囊形态发生规律筛选次级毛囊发生发育相关的miRNA,运用RNAhybrid、miRanda和TargetScan软件预测筛选到的miRNA靶基因并与次级毛囊发育相关基因取交集,所得基因进行GO和KEGG富集分析,筛选毛囊发生发育重要通路中的关键基因构建miRNA-mRNA调控网络,进而运用双荧光素酶报告验证关键miRNA-mRNA的靶向关系。结果表明:1)筛选到次级毛囊发生发育相关miRNA 153个,共预测到32 978个靶基因;2)取交集后得到1 352个靶向的次级毛囊发生发育相关的基因,且显著富集在29条KEGG通路中,其中毛囊发生发育重要通路TGF-β同样显著富集;3)构建了chi-miR-26b-5p-SMAD1和 chi-miR-495-3p-SMAD1等232对次级毛囊发生发育可能相关的miRNA-mRNA关系对,双荧光素酶报告系统进一步验证了关键靶向关系。本研究为解析miRNA在绒山羊次级毛囊发育过程中的分子机制奠定了前期基础。     

植物microRNAs在干旱胁迫响应中的研究进展

干旱是常见且反复出现的气候特征,严重影响农作物生产。microRNAs（miRNAs）是一类长度为18~24 nt的小分子非编码RNA,转录后的miRNAs可调节基因表达,参与植物生长发育过程。从miRNAs的发现、合成及作用机制,干旱胁迫响应miRNAs的种类及其靶基因、miRNAs介导干旱胁迫的响应机制等方面进行了综述,指出miRNAs在植物响应干旱胁迫过程中存在物种依赖性和组织特异性,且受干旱胁迫条件的影响。同时发现,目前植物miRNAs参与干旱胁迫响应的作用机制及其靶基因调控网络尚不清楚。对未来的研究前景如探究miRNAs调控基因中的顺式调控元件的特征、探索靶基因功能与植物干旱胁迫应答网络关键因子间的相互作用、植物抗旱miRNAs资源库的构建等进行了展望,以期为推动miRNAs在植物抗干旱胁迫中的应用提供参考。     

杨树miRNA的靶基因预测及低氮胁迫表达分析

目的鉴定杨树受低氮胁迫后miRNA的靶基因,分析靶基因在氮胁迫后的差异表达并探讨其功能,为揭示杨树低氮胁迫下miRNA的调控功能提供参考,并为树木低氮营养高效利用育种提供重要的候选基因。方法根据miRNA的保守性及与靶基因的严谨互补配对关系,以杨树miRNA为探针利用靶基因预测软件psRNATarget,通过与毛白杨转录组的基因序列进行比对鉴定靶基因,进一步开展毛白杨受低氮胁迫后靶基因的差异表达分析及功能注释。结果获得了131个miRNA家族的242个miRNA成员对应的3 024个靶基因,分别参与了植物激素信号转导、次生代谢产物的生物合成、氨基酸合成代谢、碳代谢和RNA运输等通路。57个靶基因在低氮胁迫处理后发生显著变化,其中受到诱导（29个）和抑制（28个）的基因数目相当。14个低氮胁迫响应的miRNA,其对应的11个靶基因也发生了显著的差异表达变化,其中miRNA和靶基因表达量发生相反变化的有8个miRNA。本研究发现参与植物激素信号转导的靶基因（2个）及参与代谢途径的靶基因（6个）发生了差异表达。miR162的靶基因编码ABC转运蛋白,miR393运用于靶基因KAT2调节Na+和K+动态平衡,miR399的靶基因PIF3编码光敏色素互作因子PIFs蛋白,这些miRNA及靶基因可能在杨树响应低氮胁迫中发挥重要作用。结论本文鉴定到了毛白杨中一批低氮胁迫响应miRNA的靶基因,可调控杨树对氮逆境胁迫信号的反应。这些miRNA及靶基因为进一步揭示miRNA及靶基因在低氮胁迫下的调控功能提供了研究线索,为树木氮营养的高效利用改良提供了重要候选基因。      

不同发育时期亚麻茎秆中木质素积累相关miRNA及其靶基因的挖掘分析

[目的]深入挖掘分析亚麻茎秆不同发育时期木质素积累相关的miRNA及其靶基因,为解析亚麻纤维层木质素动态积累提供理论依据.[方法]以双亚4号(低木质素)和NEW(高木质素)花后20、30和40 d的茎秆为试验材料,基于miRNA测序和降解组测序结果分析miRNA转录水平动态变化及其靶基因注释功能,并采用实时荧光定量PCR检测2个亚麻品种间表达差异最显著的miRNA及其靶基因的表达模式.[结果]构建双亚4号和NEW花后20、30和40 d茎秆的miRNA文库,从中鉴定出305个miRNA,包括143个保守的miRNA和162个新鉴定的miRNA,且这些miRNA的靶基因不同转录本并非均受miRNA调控.将鉴定的305个miRNA与亚麻基因组序列信息进行靶基因预测,结果鉴定出286个miRNA的4807个靶基因,另外19个miRNA未预测到靶基因.通过对降解组测序数据进行整合分析,共获得21个miRNA的97个靶基因,共检测到97个降解位点,仅占鉴定出亚麻茎秆中miRNA靶基因总数(4807个)的2%,仍有大量的靶基因未被鉴定.对降解组中被降解的97个靶基因进行功能注释,发现有22个与植物生长发育有关,16个为转录因子,7个与植物次生代谢物积累有关.结合miRNA和降解组的测序结果,发现ama-miR156(Lus10003126)、bdi-miR397b-5p(Lus10017175)、lja-miR397(Lus10027782)、csi-miR160(Lus10021467)、aly-miR319c-p(Lus10008685)和gma-miR369h(Lus10011558)在双亚4号和NEW茎秆不同发育时期中最显著差异表达.实时荧光定量PCR检测结果显示,除gma-miR369h与其靶基因Lus10011558随亚麻茎秆的生长发育表达模式无明显规律外,其余5个miRNA与其靶基因表达模式恰好相反.[结论]亚麻茎秆木质素的积累过程与转录因子MYB、漆酶、生长素响应因子等编码基因密切相关,且这些基因可被其相应的miRNA负调控,并参与亚麻茎秆中木质素的积累.     

大白菜倍性变异引起花发育变化的microRNA调控机制研究

为探索microRNAs(miRNAs)在大白菜花发育中的调控机制,以大白菜DH系FT为试材,通过游离小孢子培养创制出同一基因组的二倍体和四倍体纯系,并稳定遗传。与二倍体相比,四倍体植株在形态上表现出生长发育缓慢、开花时间延迟、花器官整体变大、花瓣颜色更深等特征。利用sRNA-seq技术,分别构建了上述二倍体和四倍体的small RNA(sRNA)文库。通过与植物数据库miRBase比对,分别获得92个和95个成熟的bra-miRNAs,新预测的分别有70个和74个novel miRNAs。通过差异表达分析,筛选获得了34个差异表达的miRNAs,并预测了其287个靶基因。根据基因功能注释分析,筛选出9个与花发育相关的miRNAs,其靶基因涉及类黄酮合成、激素调控、细胞生长、开花时间调控等多方面。通过对287个靶基因进行GO功能富集和KEGG代谢通路分析,其中179个靶基因GO功能富集到810个条目上。最显著差异的条目有:核酸结合、细胞内组分、细胞器、细胞内的细胞器及DNA结合。KEGG代谢通路分析表明,有126个靶基因参与到39条代谢通路上。富集基因显著且数量最多的通路是代谢途径,其次是氰基氨基酸代谢、木质素生物合成以及淀粉和蔗糖代谢。通过对涉及影响四倍体植株花发育变化的靶基因功能进行分析,讨论其9个miRNAs在花发育过程中可能参与的调控作用,推测出有6个miRNAs(bra-miR156a-5p、bra-miR172b-5p、brami R172c-3p、bra-miR172c-5p、bra-miR172d-5p和novel_87)在花期通过互相调控多个靶基因导致开花时间的延迟;有2个miRNAs(bra-miR395d-3p、novel_122)参与调控生长素和脱落酸的变化,可能导致花瓣变大及生长发育变缓等表型特征;brami R395d-3p调控的靶基因还涉及类胡萝卜素生物合成,同时另一个miRNA (bra-miR9552a-3p)可能参与类黄酮生物合成的调控,它们的调控可能是使花瓣颜色变深的主要原因。本研究为揭示由大白菜倍性变异引起的花发育表型变化的分子机制奠定了基础。     

罗汉果SgARF9基因克隆及其CRISPR/Cas9基因编辑载体构建

[目的]研究SgARF9基因与罗汉果果实发育的关系。[方法]在转录组Unigene序列基础上,对罗汉果SgARF9基因进行克隆,并结合CRISPR/Cas9基因编辑技术,构建以SgARF9为靶基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体。[结果]克隆得到SgARF9基因序列,且成功构建包含SgARF9基因靶点的编辑载体。[结论]该研究为揭示SgARF9基因的分子生物学功能,明确其在罗汉果果实起始发育中的遗传调控机制提供了基础。     

矮牵牛PhDFR基因和抗除草剂Bar基因植物表达载体的构建及对烟草的遗传转化研究

[目的]构建矮牵牛PhDFR基因的植物表达载体,并对烟草进行遗传转化。[方法]从不同花色的矮牵牛中克隆了2个PhDFR基因,通过目的基因序列克隆、多步载体酶切、连接、转化等技术手段,将其连入通用植物表达载体pCAMBIA2300及pCAMBIA3301。利用冻融法将重组质粒导入农杆菌GV3101继而转化烟草。[结果]构建了含卡那霉素抗性筛选标记基因NPT11和除草剂抗性筛选标记基因Bar的GFP融合蛋白植物表达载体pCAMBIA2300-PhDFR-GFP和pCAMBIA3301-PhDFR-GFP。转基因植株的GUS染色结果进一步验证了所构建表达裁体的正确性和实用性。[结论]所构建的表达载体为进一步研究PhDFR基因在植物花色调控效应的功能及开展植物花色改良基因工程研究奠定了基础,为植物基因工程科研工作提供了优良的备选植物表达我体。     

Chi和Bar基因双价植物表达载体的构建及转基因烟草的初步检测

构建了单子叶植物双价表达载体pBI121-Ubi-Bar/Chi,其中含有木霉几丁质酶基因Chi和抗除草剂Bar基因,均由玉米Ubi启动子驱动.以烟草无菌苗叶片为受体,用农杆菌介导法将目的基因转入烟草中;以Bar基因作为选择标记,PPT为选择剂进行筛选,获得了一定数量的转基因植株.结果表明:经PCR分析,初步确定目的基因已经整合到烟草基因组中.     

椰子保守microRNA 预测和特征分析

根据释放的椰子转录组序列和miRBase数据库中的microRNA（miRNA）序列信息,分析椰子中保守miRNA 及其相应靶基因的特征遥。根据miRBase数据库中植物miRNA序列,共预测了41个miRNA,分别属于22个miRNA家族。这些miRNA家族中13个家族在植物中非常保守,miRBase至少在19个物种中检测到,而miR902、miR2673和miR414这3个家族不保守,仅在1~2个物种中检测到。这些预测的miRNA的成熟序列长度大多为21个碱基（59.5%）,而前体序列的长度大多为50~100个碱基（61.9%）。分析miR396家族前体序列时发现,成熟miRNA和成熟miRNA*（成熟miRNA形成发卡结构互补的序列）序列很保守,但是中间的序列变异很大。此外,预测miRNA的靶基因发现保守的miRNA家族的靶基因为一些重要的转录因子家族,与植物的生长发育相关,而不太保守的miRNA家族的靶基因编码与表型控制相关的蛋白。     

Regulatory Network of Transcription Factors in Response to Drought in Arabidopsis and Crops

Drought is one of the most important environmental constraints limiting plant growth, development and crop yield. Many drought-inducible genes have been identified by molecular and genomic analyses in ...     

植物DREB转录因子的研究进展

DREB转录因子是一类可以调控多个与干旱、高盐及低温耐性有关的功能基因表达的转录因子家族。主要介绍植物DREB转录因子基因的研究进展。     

马铃薯microRNA及其靶基因的预测与功能分析

根据miRNA序列在植物中的高度保守性,通过拟南芥、水稻、玉米等植物中已知的miRNA序列与马铃薯的表达序列标签(EST)、基因组测序序列(GSS)以及核酸数据库中的序列进行比对,最后通过在线比对软件blastx去掉编码序列,共发现32条新的miRNAs,并且这32条前体均可折叠形成miRNA家族的标准二级结构;利用新发现的马铃薯miRNAs通过在线软件miRU和miRU2与编码蛋白的数据库比对,预测到了100个靶基因,分别编码与马铃薯生长发育、新陈代谢、信号转导、转录调节、胁迫反应等相关的蛋白.     

马铃薯miR397的克隆及靶基因筛选

miR397广泛参与植物逆境胁迫响应。本研究从马铃薯叶片中分离出miR397的前体序列,克隆得到StmiR397基因,对潜在靶基因进行预测,采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）方法对低温不同表现型材料进行表达模式分析。结果表明：马铃薯miR397前体序列为81 bp,能形成稳定的茎环结构,成熟序列位于5′端,上游调控区含有温度响应等多种逆境应答作用元件。低温处理下,StmiR397在耐低温材料DR-2叶中上调表达,根中表达无差异,而在低温敏感材料费乌瑞它叶中表达无差异,根中上调表达。通过对预测的10个靶基因进行表达模式分析,初步筛选出反向抑制靶基因氧化还原酶结构域蛋白、锌指家族蛋白和正向激活靶基因磷酸果糖激酶家族蛋白、生长素诱导的β-葡萄糖苷酶,为进一步研究StmiR397与靶基因的调控网络提供了一定参考。     

参与农杆菌侵染及T-DNA转运过程植物蛋白的研究进展和思考

农杆菌是一种革兰氏阴性土壤病原细菌,携带具有天然转基因功能的Ti质粒或Ri质粒,能将一部分遗传物质插入到寄主植物的染色体上,使其稳定遗传和表达,赋予植物新的性状。所以农杆菌作为最有效的转化媒介,已被广泛应用于多数双子叶植物和部分单子叶植物转基因研究。虽然农杆菌介导的转化技术具有操作简单、成本低廉,转基因沉默几率小,插入基因拷贝数少等优点,但农杆菌介导植物遗传转化是一个复杂的生物学过程,需要一系列农杆菌蛋白和植物蛋白相互作用,共同完成外源基因的转入和整合。植物相关蛋白在转化过程中起着重要作用。其中,阿拉伯半乳聚糖蛋白(AGP)、植物根钙粘附蛋白和类玻连蛋白等参与农杆菌附着于植物细胞表面的过程;鸟苷三磷酸腺苷酶（GTPase）和BTI蛋白协助T-DNA和Vir效应蛋白进入植物细胞;actin、GIP、VIP等蛋白参与T-DNA复合体在细胞质中的运输的过程;与Vir效应蛋白互作的VIP1、VIP2、KAPa、PP2C、Roc等蛋白协助T-DNA定位于植物细胞核;组蛋白、VIP1和VIP2等引导T-DNA在植物基因组上的整合。由于植物种类间存在巨大差异,上述一些植物蛋白基因的过表达虽能提高农杆菌转化某些植物的转化效率,但不能提高另一些植物的转化效率。在容易被农杆菌遗传转化的植物如拟南芥、水稻中的研究表明,VIP1、VIP2、AGP、H2A等蛋白与农杆菌转化关系密切,但这些蛋白在利用农杆菌转化较难的作物如小麦、玉米中的功能还不明确,因而需要在不同植物中继续筛选和鉴定与T-DNA转化相关重要蛋白的编码基因。目前,农杆菌介导的植物遗传转化有2个显著特点,一是农杆菌介导转化烟草、拟南芥、水稻等模式植物的技术日渐成熟,二是农杆菌介导转化小麦、玉米、大豆等重要作物的技术仍然没有本质突破,植物相关蛋白在T-DNA转运、整合等过程中的作用还需要深入研究和进一步明确。文章主要对参与农杆菌介导遗传转化植物整个过程中相关植物蛋白的研究进展进行了综述,以期为提高农杆菌转化顽拗型作物的转化效率提供参考。