长片段非编码RNA调控南瓜果实淀粉代谢的作用和机理研究

Pumpkin is an important starch resource because of its high starch content in pulp. And starch content is one of the main factors determining the quality of pumpkin. Therefore, it is of great theoretical significance and application value to reveal the regulation of starch metabolism in pumpkin fruit. Starch metabolism is a very complex process, and the regulation of the related genes remains to be explored and revealed. Lately, long noncoding RNA (lncRNA) has been proved to be important for regulation of eukaryotic gene expression. To Further study on the regulation mechanism of lncRNA in the starch metabolism of pumpkin fruit, we propose identification of lncRNAs regulating starch metabolism in pumpkin fruit and construction interaction network of lncRNAs and their potential target genes by using RNA-sequencing, bioinformatics and the genome information of Cucurbita maxima. The function of key candidate lncRNAs and their interactions with potential target genes will be investigated by in situ hybridization, overexpression, RNA interference and association genetics. This study can not only improve our understanding of regulation mechanism of starch metabolism, but also provide an important theoretical basis for fruit quality breeding.

南瓜果肉中淀粉含量较高，是一种重要的淀粉资源；且淀粉含量及组成是决定南瓜食用品质的主要因素之一。因此，揭示南瓜果实淀粉代谢的调控机制具有重要的理论意义和应用价值。淀粉代谢是很复杂的过程，相关基因是如何被调控，还有待探索和揭示。近年来，长链非编码RNA（lncRNA）已被证明是真核生物调控基因表达的重要元素。为了深入剖析lncRNA在南瓜果实淀粉代谢中的调控机制，本项目以印度南瓜基因组为参考，首先利用转录组学和生物信息学，鉴定调控南瓜果实淀粉代谢的lncRNA并构建南瓜果实淀粉代谢中lncRNA与靶基因的遗传调控网络。然后利用原位杂交、过表达、RNAi等分子生物学技术联合关联遗传学的方法，验证关键候选lncRNA对南瓜果实淀粉代谢的调控作用及其与潜在靶基因之间的互作。该研究不仅能完善植物果实淀粉代谢的调控机制，还为果实品质育种奠定重要的理论基础。

南瓜果肉淀粉含量较高，是一种重要的淀粉资源；且淀粉含量及组成是决定南瓜食用品质的主要因素之一。因此，揭示南瓜果实淀粉代谢的调控机制具有重要的理论意义和应用价值。为揭示长片段非编码RNA在南瓜果实淀粉代谢中的作用及调控机制，本项目以南瓜不同发育时期的果肉为材料，首先在全基因组范围内系统鉴定了5,425个南瓜果实lncRNA，其中包含49个已知的lncRNA。特征分析显示南瓜果实lncRNA在物种间保守性较低，且和mRNA相比表达水平更低、长度更短、外显子个数更少。互作分析表明，601个lncRNA被预测为153个miRNA的潜在靶位点，9个lncRNA被预测为13个miRNA的伪靶位点；4577个lncRNAs有潜在顺式靶基因，2204个有潜在反式靶基因，最终鉴定得到106,822个顺式作用靶基因和6,702个反式作用靶基因，其中81个靶基因同时存在两种作用方式。然后筛选与淀粉代谢相关的lncRNA并构建其与靶基因的遗传调控网络，构建了基于淀粉合成通路的互作网络和基于淀粉含量定位区间的互作网络，分别包含393 对和453 对lncRNA-gene之间的互作。最后验证候选lncRNA对南瓜果实淀粉代谢的调控作用，筛选MSTRG.80523.1和MSTRG.121744.4作为候选lncRNA进行验证。利用荧光定量PCR验证了候选lncRNA的真实性和表达水平，利用单标记关联分析验证了候选lncRNA对南瓜果实淀粉含量的影响，利用上位效应分析为候选lncRNA与其潜在靶基因之间的互作提供了证据。本项目研究结果对进一步揭示南瓜果肉淀粉代谢的调控机制具有理论指导意义，同时也为南瓜品质育种奠定重要的理论基础。