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杂交优势是一个十分重要的生物学现象,杂交优势的利用,尤其是杂交水稻的广泛应用产生了重要的经济影响。本实验室前期利用SAGE技术对超级杂交水稻组合两优2186的杂交F1代、父本明恢86、母本SE21s的转录组学差异进行了研究,以期探讨杂交优势的形成机理。
本研究通过比对上述3个SAGE文库发现,在超级杂交稻F1代中携带有AAATCC特异序列的标签(ATC标签)以极高的频率出现。同时还发现,F1代上调表达标签中的前十位就有8个,前二十位中的12个属于ATC标签。从SAGE数据库中共提取出的56个有效ATC标签,总拷贝数高达941,在F1代和父母本中分别为826,57和58(1∶0.069∶0.070)。在有效ATC标签中43个属于F1代上调表达标签,总拷贝数为824,在F1代和父母本中分别为792,18和14(1∶0.023∶0.018)。56个ATC标签中仅有7个可注释为已知基因,而且标签序列均位于基因的3UTR区。
本论文通过转基因试验对ATC序列在3UTR的功能进行了分析,构建了GFP为报告基因的植物表达载体,并在GFP基因的3-末端添加了含有ATC的3UTR序列。烟草瞬时表达和转化试验,以及水稻原生质体的瞬时表达试验结果表明,无论3UTR中是否含有ATC序列,GFP表达水平在统计学上没有明显差异,表明ATC序列不具有增强转录和保持mRNA稳定性的功能。
进一步的生物信息学分析表明,未注释的49个ATC标签中就有14个标签与水稻miRNA数据库中的序列反向互补,有4个标签为已知miRNA序列的一部分,两者共占未注释ATC标签的32.6%(其中2个标签在正义和反义互补中都出现)。这16个标签在F1代和父母本中的拷贝数分别为185,12,8(1∶0.065∶0.043)。由于miRNA成熟过程中需要形成双链互补结构,因此可以推测,无论是正义还是反义互补的ATC标签可能都与miRNA有关。ATC序列在F1代中的高频率出现暗示着miRNA可能与杂交优势有密切联系。