论文部分内容阅读
miRNAs参与了植物生理代谢的各个环节,基于前期研究表明,miRNAs对水稻种子活力有重要的调控作用,其中miR164c的表达量与种子的活力呈负相关,但其调控机制尚未明确。本研究在转录组和蛋白质组水平上探讨了miR164c调控水稻种子抗老化能力的网络机制,结果如下:1.水稻Kasalath（野生型）及其MIM164c和OE164c突变体种子的抗老化能力存在显著差异,其中MIM164c种子最强,Kasalath种子次之,OE164c种子最弱。与之相对应,这些种子的转录组和蛋白质组也有显著差异。2.差异表达蛋白和差异表达基因的GO、KEGG、Map Man等富集分析以及转录组与蛋白组关联分析的结果表明,它们可能通过6类代谢功能影响种子活力,分别为胁迫响应、内质网蛋白加工、胚发育、丝氨酸内肽酶抑制剂、能量代谢以及其他。其中,能量代谢相关蛋白和丝氨酸内肽酶抑制剂在MIM164c和Kasalath种子中的表达量显著高于OE164c种子;而据报道大多数胁迫响应、内质网蛋白加工、胚发育及其他功能类型相关蛋白与应激反应有关,它们在OE164c和Kasalath种子中的表达量显著高于MIM164c种子。3.利用MERLIN迭代算法以及String进行基因蛋白互作网络分析表明,miR164c的靶基因PSK5以及TIL1通过与一个泛素相关的枢纽基因RPS27AA互作,进而作用于上述6大类功能基因,这可能是miR164c参与调控水稻种子活力的关键环节。4.通过实时荧光定量PCR以及多反应监测质谱分析验证了转录组和蛋白质组的结果,并且测定了RPS27AA、PSK5、Os J＿23767以及Os10G0488100这4个相互作用密切的核心基因以及上述6类功能中的4类功能相关的6个基因在老化前后水稻Kasalath及其MIM164c和OE164c突变体种子中的表达量,结果表明RPS27AA以及其它核心基因的表达与三个材料抗老化能力存在密切的关系,上述4类功能相关的6个基因的表达量也均受到老化作用的显著影响。综合1-4条目,miR164c可能通过调控靶基因PSK5的表达,然后依次影响核心基因RPS27AA和6类功能相关基因的表达,从而调控种子活力的变化。5.另外,还结合NCBI数据库中水稻在多个逆境胁迫下的基因表达数据,对水稻Kasalath及其MIM164c和OE164c突变体种子的差异表达基因进行MERLIN共表达/共调控模块分析,发现了miR164c介导的模块中80%以上与种子抗老化能力调控相关,而且以RPS27AA作为调控基因的模块20和模块22与种子抗老化调控的关联最密切,该两模块中的6个基因响应老化处理的表达变化的RT-q PCR结果与预期高度一致,从而进一步证明了RPS27AA调控种子活力的枢纽作用。此外,共表达分析显示这些水稻种子抗老化相关的模块还与水稻抗病害相关。总之,本研究结果揭示了miR164c介导的以RPS27AA为核心的种子活力调控复杂网络,并发现miR164c可能在多种逆境胁迫下行使对水稻生理活动和生长发育的调控作用,包括病害胁迫、干旱胁迫、盐胁迫等。这些结果为后续深入研究miR164c调控作用的分子机制奠定了基础。