小分子RNA在豆科植物与微生物共生过程中的表达与调控研究

【摘要】本论文围绕豆科植物与微生物共生过程中的小分子RNA(smallRNA,sRNA)这一研究方向,利用生物信息学分析方法就其序列特征、调控机制以及生物学功能等方面展开了探索性研究。主要研究内容及结果包括以下几点：1、miRNA及其靶基因在豆科植物与微生物共生过程中的表达与调控。基于蒺藜苜蓿、大豆、花生和菜豆四种豆科植物与微生物共生形成根瘤或菌根以及对照组的sRNA测序数据,对与共生相关的miRNA进行挖掘和分析。在菜豆和花生中发现了12个在不同豆科植物中具有高度保守性的同源miRNAs。通过比较分析,发现miR160a/b和miR482在根瘤中被上调而在菌根中没有差异表达,miR169、miR171e、miR171g/h、miR2119、miR397、miR5204、miR5206、miR5229和miR5559在根瘤中被下调而在菌根中上调或没有差异,miR160c/f和miR5229在根瘤中没有差异而在菌根中上调。我们总结了部分miRNAs介导的根瘤和菌根中的调控关系,发现只有小部分的miRNAs和靶基因在根瘤和菌根中的调控作用相一致,而大部分的miRNAs和靶基因在两种共生关系中起相反作用,或者只在其中一种共生关系中起作用。2、蒺藜苜蓿中tRNA介导产生的sRNAs的特征及其在共生过程中的功能。从蒺藜苜蓿根瘤和菌根以及对照组的小RNA测序数据中挖掘出tRNA介导产生的sRNA,称之为tRFs。分析结果表明,不同物种中介导产生tRFs的tRNA不同,且会受到外界环境压力的影响。不同tRNAs对于tRFs的产生具有特异性,D/T环上的序列会引起tRNA剪切的偏好性,而与反密码环无关。此外,tRFs的形成与相应tRNA基因在染色体上的位置相关。对预测的tRFs靶基因进行GOterm分类统计后发现大部分靶基因都属于生物过程这一大类,参与生物体正常生长增殖、细胞代谢、免疫应答等过程。3、蒺藜苜蓿中srRNAs的特性以及与其他sRNAs的调控关系。从sRNA测序数据中挖掘蒺藜苜蓿中来源于rRNA的sRNA,即srRNA。大部分srRNAs来源于18SrRNA,其余部分来源于5.8SrRNA和25SrRNA。srRNA的产生与外界环境没有明显联系,主要集中在前体序列保守性相对较低、具有明显茎环结构的区域。我们发现srRNA和tRF、miRNA都能靶定含U-box结构域的泛素连接酶E3,且它们的靶基因所编码的蛋白之间存在复杂交错的蛋白间互作关系。这揭示了sRNAs的调控作用不是单一地针对某种代谢途径或信号通路,而是对植物本身生长需要或某些特有的生命过程的整体调控。通过以上研究,希望能够拓展人们对豆科植物与微生物共生过程中的调控机制的认识,也能充实人们对植物sRNA序列及功能的了解,为后续对植物非编码RNA的深入研究打下基础。
【作者】金丹凤；
【导师】赵宇华；陈铭；
【作者基本信息】浙江大学，微生物学，2014，博士
【关键词】豆科植物；微生物；共生；smallRNA；microRNA；tRF；srRNA；调控网络；

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