蕓薹屬多倍體植物基因表達的轉錄後調控與進化研究

《蕓薹屬多倍體植物基因表達的轉錄後調控與進化研究》是依託武漢大學，由王建波擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：蕓薹屬多倍體植物基因表達的轉錄後調控與進化研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王建波
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

植物的雜交和多倍化增加了基因組多態性，產生遺傳冗餘，為植物變異、進化與適應奠定了重要基礎，已成為被子植物進化與物種形成的重要驅動力。多倍體中來自不同物種基因組的融合，產生明顯的基因組衝擊、轉錄組衝擊，經過染色體、基因組、基因表達等不同層次複雜調控後，最終導致形成器官、組織、細胞、生理等特性穩定、具有生長、適應優勢的多倍體植物，但關於其基因結構與功能調控的機理我們所知甚少。鑒於此，本項目擬在蕓薹屬多倍體植物基因組研究的基礎上，採用高通量RNA測序（RNA-Seq）技術，分析不同倍性多倍體植物及其親本全基因組規模mRNA、小RNA表達情況，揭示可變剪接所產生的轉錄本多樣性、miRNA對靶基因的調控，並對若干重要生長發育、抗逆相關基因的選擇性多聚腺苷酸化進行分析，闡明3'UTR多態性的調控情況，最終確定各種轉錄後調控方式所發揮的作用，在多倍體植物形成與進化的複雜機理研究方面取得新的進展。

結題摘要

本項目對蕓薹屬六倍體及蘿蔔芥藍異源四倍體植物的基因及小RNA表達調控、蛋白質組動態變化、pre-mRNA選擇性剪接模式及3'UTR多樣性、直系同源基因的啟動子甲基化和表達模式進行了較深入研究。 研究發現蕓薹屬六倍體與其親本之間共有618個miRNA差異表達，六倍體中下調錶達的miRNA的相關靶基因顯著富集應激反應功能組。在蕓薹屬多倍體中425個miRNA非加性表達，而且其靶基因顯著富集代謝過程、細胞過程、應激反應以及多機體過程等功能組。 在蕓薹屬六倍體與其親本中共鑑定出2044個蛋白質，其中452個蛋白在六倍體與其親本之間差異表達，而且100個蛋白在蕓薹屬六倍體中非加性表達， 311個蛋白質表現出親本表達水平顯性，六倍體中的蛋白質更傾向於具有衣索比亞芥表達水平顯性。發現一些基因的mRNA表達水平的變化與其對應蛋白質表達水平的變化不一致。 蘿蔔-芥藍四倍體與其親本共鑑定出3,605個lncRNA的表達，在母本蘿蔔和四倍體中，我們發現了1,442個差異表達lncRNA，父本芥藍和四倍體中則發現了958個差異lncRNA。在miRNA-lncRNA互作網路共發現了125個匹配對，共表達基因在細胞膜、應激反應、催化作用等通路中顯著富集，說明共表達的基因可能參與了多種生物合成的過程。 對蘿蔔-芥藍四倍體植物與親本的選擇性剪接模式進行分析，在蘿蔔和芥藍中分別鑑定出了17296和14963個選擇性剪接基因，在四倍體的蘿蔔、芥藍亞基因組上分別鑑定出12032和10892個選擇性剪接基因。蘿蔔-芥藍四倍體與親本相比總共有12494個基因pre-mRNA的選擇性剪接發生了轉錄本數量的變化，這些差異的選擇性剪接基因參與到了植物生長、發育和應激等生物過程。本研究還克隆到全長CDS和3ʹ UTR，發現四倍體中蘿蔔同源的RsSR30基因有5種轉錄本，其表達量和轉錄本選擇性剪接方面都發生了改變。 本項目對多倍體植物基因表達的轉錄後調控分子機理方面進行了較深入研究，發表6篇SCI源刊論文和2篇中文期刊研究論文，培養博士研究生5名（其中3人已畢業獲得學位）、碩士研究生4名（其中3人已畢業獲得學位），按計畫完成了項目任務。