【摘 要】
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棉花是中国重要的经济作物,棉花的叶片早衰和蕾铃脱落是影响棉花产量的两个关键问题,而衰老和脱落是紧密相关的两个过程,都受到激素调控。因此,开展激素与棉花叶片衰老和蕾铃脱落的研究具有重要的理论和实践意义。乙烯在植物衰老和器官脱落的调控中发挥着十分重要的作用。虽然目前已经克隆并鉴定了一些与棉花叶片衰老、棉铃脱落有关的基因,但基因之间的关联性与调控网络尚不明晰,且乙烯在棉花叶片衰老和棉铃脱落中的分子机制也
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棉花是中国重要的经济作物,棉花的叶片早衰和蕾铃脱落是影响棉花产量的两个关键问题,而衰老和脱落是紧密相关的两个过程,都受到激素调控。因此,开展激素与棉花叶片衰老和蕾铃脱落的研究具有重要的理论和实践意义。乙烯在植物衰老和器官脱落的调控中发挥着十分重要的作用。虽然目前已经克隆并鉴定了一些与棉花叶片衰老、棉铃脱落有关的基因,但基因之间的关联性与调控网络尚不明晰,且乙烯在棉花叶片衰老和棉铃脱落中的分子机制也不明确。随着高通量测序技术的发展和雷蒙德氏棉（Gossypium raimondii）及亚洲棉（Gossypium arboreum）基因组测序的完成（http://cgp.genomics.org.cn/page/cn/index.jsp）,应用新的研究手段研究棉花叶片衰老和蕾铃脱落具有重要的理论和实践意义。本研究利用乙烯利（ethephon）处理陆地棉（Gossypium hirsutum）,分别从形态学、生理生化、基因组DNA甲基化等方面探讨乙烯调控棉花子叶衰老的机制;并借助miRNA深度测序和生物信息学技术,从转录水平上解析乙烯利处理下miRNA调控棉铃脱落的分子机制。主要研究结果如下:1.乙烯利处理棉花子叶会导致棉花子叶变黄,且乙烯利浓度越高,现象越明显,表明外源乙烯可以促进棉花子叶衰老。2.光学显微镜观察发现,经过700mg·L-1乙烯利处理的棉花铃柄可见多层细胞组成的离层,并可以观察到离层细胞与周围细胞分离脱落,表明外源乙烯可以诱导离层形成并促进器官脱落。3.乙烯利处理棉花,其子叶SOD酶、POD酶的活力,MDA及叶绿素含量均发生变化,表明乙烯利处理会加剧棉花子叶的衰老,且衰老程度与处理浓度和处理时间有关。4.采用MSAP技术,分析鉴定了 17条甲基化位点发生变化的DNA序列,这些序列可能与植物器官衰老、脱落相关。5.利用Solexa高通量测序技术,从处理（ET）和对照（CK）中分别鉴定了55268116和59073583条序列,大于18nt的高质量小RNA序列分别为55264755（99.99%）条和 59069866 条（99.99%）。其中已知 miRNA 分别为 2,301,120（3.90%）和 2,270,315（4.11%）,对应的 miRNA 种类为 1,638（0.01%）和 1,603（0.01%）。6.利用miRBase数据库,在ET和CK中共鉴定301种已知miRNAs,其中ghr-miR164、ghr-miR172、ghr-miR7502 等 3 种 miRNAs 表达量差异显著,gra-miR8758 仅在 ET 中特异表达,gra-miR8656、gra-miR8776a、gra-miR8703a和gra-miR8775等4种miRNAs仅在CK中特异表达。表达量差异显著的3种已知miRNAs,预测得到86个靶基因。GO分析显示这些miRNAs的靶基因主要参与一些重要的生化过程。7.在雷蒙德氏棉和亚洲棉中分别鉴定出97和111种新miRNAs。在CK和ET都表达的有77种,没有发现在ET中单独表达的新miRNA。3个表达差异显著的新miRNAs预测得到37个靶基因,GO分析显示这些miRNAs的靶基因与转录调控、RNA的生物合成过程的调控、RNA代谢过程的调控,以及生物大分子合成过程的调控有关。8.选择三种差异表达的miRNAs及其靶基因进行实时荧光定量PCR分析。结果显示,miRNAs的测序结果和表达结果一致,miRNAs与其靶基因的表达呈负相关,验证了测序结果的可靠性和一些重要基因的表达趋势。
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