杨树mirna基因家族进化和靶基因的研究

杨树mirna基因家族进化和靶基因的研究

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时间:2019-02-02

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3、成为公认的木本模式植物。对于许多生物学问题,例如木材形成、细胞壁次生生长、多年生生长、开花调控、生物进化、逆境胁迫响应等,杨树具有重要的研究价值。miRNA是一类广泛存在于动植物的内源调控小分子RNA,在植物中主要通过序列互补介导靶mRNA的降解以抑制靶基因的表达,从而参与植物发育调控与逆境胁迫响应。研究miRNA有助于揭示很多生命现象的分子机理,并可能应用于作物和林木的遗传改良。本文研究了杨树7个保守程度不同的miRNA基因家族的分子进化模式,进一步通过降解组分析鉴定miRNA靶基因并进行基因本体富集分析,

4、并对2个miRNA靶基因进行了分离克隆与功能分析。主要研究结果如下:1.杨树MIRl69基因家族的分子进化分析。串联重复和16.6~83.1百万年前的染色体大片段重复在毛果杨MIRl69基因家族扩张中均发挥了重要作用;部分重复基因在进化过程中丢失;植物MIRl69基因在单子叶植物与双子叶植物分化前己经分化为MIRl69,和MIRl692两个家族,在杨树中又分别从MIRl69,和MIRl692家族中分化出MIRl694和MIRl693家族。MIRl69基因家族在表达方式上已经出现了较大的分化,其中MIRl69u

5、在多种组织中具有最高的表达活性;杨树MIRl69基因家族的预测靶基因包括转录因子、蛋白激酶等多种基因,其中转录因子NF.YA是杨树尬尺』矽主要的靶基因;MIRl69基因家族可能在杨树中形成了复杂的调控网络,对杨树的生长发育和适应性等具有重要的调控作用。2.杨树MIRl71基因家族的分子进化分析。杨树MIRl71基因家族主要通过48~54百万年前的染色体大片段重复进行扩张,其表达方式已经出现分化,其中MIRl71l/m/n在多种组织中具有最高的表达水平。MIRl71基因家族可能主要通过调控GRAS转录因子和信号

6、转导蛋白参与杨树生长发育、光信号转导和光形态建成的调控。3.杨树MIRl56基因家族的分子进化研究。杨树MIRl56基因家族主要通过染色体大片段重复实现扩张,而串联重复对此没有贡献:不同家族成员表达方式已经分化,其中MIRl569/h/i/j表达活性最高;家族成员间启动子顺式作用元件存在差异;杨树MIRl56的靶基因包括29个SBP结构域蛋白质基因,由于成熟序列存在差异,家族成员调控的靶基因也表现出差异,说明杨树MIRl56基因家族成员的功能已经分化,在杨树中可能形成了复杂的调控网络。4.杨树4个新起源miR

7、NA家族的进化。杨树MIRl444家族主要通过染色体大片段重复实现扩张,MIRl446家族主要通过染色体大片段重复和串联重复实现扩张,而非保守的MIR6425、MIR6462家族主要通过串联重复进行扩张;这4个基因家族成员的表达方式均已经分化,其中MIRl444、MIRl446在多种组织中具有较高的表达活性,而MIR6425、MIR6462仅具有较低的表达活性;MIRl446、MR6钳5、MIR6462家族内不同成员的成熟序列基本一致,其预测的靶基因也一致,而MIRl444家族中不同成员的成熟序列则出现了一定

8、程度的分化,其预测的靶基因也不一致。对以上7个不同保守程度的miRNA基因家族的比较分析表明:起源较早、保守程度较高的miRNA基因家族成员数量较多,表达活性较高,功能分化程度较高,主要通过调控转录因子在杨树生命活动中发挥重要的调节作用;而起源较晚、保守程度较低的miRNA基因家族成员数量较少,表达活性较低,功能分化程度较低,其调控的靶基因多为酶等功能蛋白。5.杨树降解组分析与miRNA靶基因富集分

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