小麦7号染色体组(7A、7B和7D)miRNA的预测及鉴定

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microRNAs(miRNAs)是一种重要的调控元件,其与靶基因结合,在转录后水平介导靶mRNA降解或翻译抑制而调控基因表达。目前,模式植物中的miRNA起源、分布和进化已经有了很多系统的研究,但小麦中miRNA相应研究较少。在本研究中,我们利用生物信息学手段对小麦7号染色体(7A、7B和7D)的survey序列进行了miRNA的预测,系统地鉴定了小麦7号染色体组上的miRNA,并对预测的miRNA进行了验证。随后对首次在小麦中发现的miRNA进行了靶基因的预测和GO注释、所有miRNA前体的重复元件分析。取得的主要结果如下:1、经过植物基因组水平上预测miRNA的软件SplamiR的预测,并结合miRNA前体二级结构的特征、最小自由能指数和错配数目等标准,最终我们在小麦7号染色体组上共鉴定到58个保守性miRNA,其中28个miRNA为首次在小麦中报道,占小麦7号染色体组所有miRNA的48.28%。30个miRNA曾在小麦中报道,占小麦7号染色体组所有miRNA的51.72%。2、在7A染色体共鉴定到204个前体(7BL:122个;7AS:82个),来自37个miRNA家族(7BL:30;7AS:25个),7B染色体鉴定到276个前体(7BL:115,7BS:161),来自33个miRNA家族(7BL:23,7BS:26),7D染色体鉴定到251 个前体(7DL:118,7DS:133),来自36个miRNA家族(7DL:26,7DS:30)。3、利用茎环qRT-PCR技术对新鉴定的5个miRNA进行了实验验证,结果表明,5个miRNA都有不同程度的表达,证明其在小麦中是真实存在的。4、利用psRNATarget工具对首次在小麦中鉴定的miRNA的靶基因进行了预测。最终,除miR428、miR100和miR5287没有鉴定到靶基因外,我们共鉴定到296个靶基因,平均每个miRNA具有12(296/25)个靶基因。其中205个靶基因的调控方式为miRNA降解靶基因,占所有预测靶基因的69.26%(205/296)。91个靶基因的调控方式为miRNA与靶基因结合抑制翻译,占所有预测靶基因的30.74%(91/296)。其中靶基因包括在植物生长代谢中起着重要作用的转录因子,如MYB转录因子。在抗逆中起着重要作用的富亮氨酸重复家族蛋白(LRR:Leucine Rich Repeat family protein)、锌指蛋白(CHY zinc finger family protein)和细胞色素P450(Cytochrome P450)等,在抗病中起着重要作用的NBS-LRR家族、抗条锈病基因RPG1,miR2497抗白粉病基因CsAtPR5。此外,还有许多miRNA的靶基因直接参与生物代谢过程,如葡萄糖-6-磷酸1-脱氢酶(Glucose-6-phosphate 1-dehydrogenase)、磷酸甘油酸激酶(Phosphoglycerate kinase)和乙醇酸氧化酶(Glycolate oxidase)等等。5、BGIWEGO软件对miRNA靶基因进行了主要生物学功能分类。在这些小麦7号染色体组的miRNA靶基因中,描述基因参与生物学代谢过程(B:Biological Process)的20类,描述基因细胞组件(C:Component)的有9类,描述基因分子功能(M:Molecular Function)的有9类。在小麦7号染色体组上,相比于7D而言,7A和7B染色体上miRNA的靶基因参与的生物代谢过程(B:Biological Process)的差异不大,比7D分别低8.88%和8.65%。而7A和7B染色体上的miRNA靶基因参与细胞组成(C:component)的比例比7D分别高8.94%和10.09%。在分子功能(M:molecular function)方面,三个染色体上的miRNA参与的比例差异不大,分别为17.83%、16.45%和17.89%。表明这三个染色体上的参与分子功能的miRNA具有较大的保守性,但是在生物代谢过程和细胞组成上7A染色体和7B染色体差异不大,但与7D染色体差异较大。总之,我们在染色体水平上对小麦的miRNA进行了系统的生物学预测,本次研究为小麦miRNA在染色体上的分布及进化研究提供了基础。染色体臂水平上的miRNA预测避免了小麦基因组序列的复杂性,使得我们可以区别同源染色体间的miRNA,并且为揭示各染色体上的miRNA在调控小麦基因响应环境和生长发育过程中的作用提供重要参考。
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