紫花苜蓿對低磷脅迫的響應及相關miRNAs的功能分析.pdf

1、土壤有效磷缺乏嚴重影響了作物的生長發(fā)育，農業(yè)生產上主要通過施用磷肥增加土壤有效磷，但即將枯竭的磷礦資源迫使我們從植物自身提高磷吸收利用效率。為探索苜蓿磷高效吸收利用相應的策略及調控通路，本研究將以紫花苜蓿為材料，分析耐低磷較強的耐鹽之星品種低磷生理與形態(tài)響應，以及運用組學技術、生物信息學和分子生物學等手段從miRNA水平深入研究紫花苜蓿低磷應激機制。本研究包括3部分試驗:(1)耐低磷紫花苜蓿品種的篩選:利用隸屬函數(shù)方法綜合評價25個國內

2、外紫花苜蓿品種的耐低磷性;(2)苜蓿對低磷脅迫的生理與形態(tài)響應分析:分別檢測常磷(05mmol/L KH2PO4)與低磷(5μmol/L KH2PO4)下紫花苜蓿生理與形態(tài)變化;(3)低磷應激miRNAs的鑒定及功能分析:利用Illumina2500高通量測序平臺分析常磷和低磷條件下差異表達的miRNAs，并分析靶基因功能以及可能參與的調控通路。主要得到以下結果與結論:
　　1.檢測了低磷處理30d紫花苜蓿的莖葉干重、株高、根干重

3、、根冠比、總根長、根表面積、全磷含量、磷利用率以及酸性磷酸酶活性，進一步利用主成分分析濃縮為3個新的相互獨立的綜合指標，評價結果顯示敖漢、皇冠、耐鹽之星等的耐低磷性較強。
　　2.低磷脅迫下，耐低磷較強的苜蓿（耐鹽之星）地上部分和地下部分生長都受到抑制，但根冠比顯著增加(P＜005);根組織中的酸性磷酸酶活性增強，低磷脅迫20d時根中的檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸分別是對照的414、267、209倍;綜合表明，紫花苜蓿可能通過增加根冠比

4、、提高酸性磷酸酶活性以及分泌有機酸應對低磷環(huán)境。
　　3.分別構建了耐鹽之星常磷根(NPR)、低磷根(LPR)、常磷莖葉(NPS)和低磷莖葉(LPS)小RNA文庫，每個文庫3個生物學重復，高通量測序共鑒定到264個已知miRNAs和157個新miRNAs，根和莖葉中分別檢測到47個和44個差異表達的miRNAs，其中包括低磷誘導上調的miR399、miR398、miR5287等，和低磷誘導下調的miR156、miR160、miR1

5、69、miR171、miR2643、miR396等。
　　4.利用psRNATarget、TargetFinder和Tapirhybrid軟件綜合預測到909個差異表達的miRNA靶基因，主要包括參與生長發(fā)育的轉錄因子(MYB、AP2、GRAS、CCAAT和MADS等)和生長調節(jié)因子，參與根發(fā)育的生長素應答因子，多種抗逆保護蛋白以及磷轉運蛋白等。RLM-RACE結果證明miR156、miR160a、miR160c、miR166和m

6、iR396作用的靶基因位點與預測結果一致。靶基因GO和KEGG富集結果主要包括信號傳導，糖類、脂肪、氨基酸基本代謝過程，激素刺激響應、化學刺激響應和生長素調控通路等。
　　根據(jù)苜蓿在低磷下生理與形態(tài)的響應和差異表達的miRNAs及靶基因，miRNAs主要參與的苜蓿低磷應激調控有:(1)氨基酸、糖類、脂肪酸等基礎代謝響應;(2)具有普遍抗逆保護蛋白形成的應激響應;(3)根系的生長發(fā)育;(4)磷轉運蛋白的調控和有機酸的分泌等低磷特異響