美洲黑杨氮素利用相关lncRNA及其等位变异鉴定

Soil nitrogen (N) nutrition is a crucial environmental factor effecting the growth and development of forest trees. Investigating mechanisms underlying N-use trait and breeding new varieties with high nitrogen-use efficiency (NUE) thus represent one of the key issues in genetic improvements of poplar. Long noncoding RNAs (lncRNAs) play important roles in the architecture of important trait of plants by acting directly on target genes, or interacting with microRNA (miRNA) and regulating the expression of mRNA. The proposed project will use two groups of contrasting Populus deltoides genotypes on NUE trait, to screen NUE-related lncRNA by using transcriptome sequencing (RNA-seq) and differently expression analysis. Candidate lncRNAs will be confirmed by target predicting and interaction analysis with miRNA and mRNA. On the other hand, NUE-related parameters will be measured in an P. deltoids association population included multiple half-sib families, and single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in lncRNAs and the regulated genes will be discovered and genotyped. Finally, association mapping approach will be used to identify allelic variants via association analysis between UNE-related traits and SNP genotypes. Outputs of the this project are expected to provide foundation for further study on the roles of lncRNAs in nitrogen use traits and their genetic variation, as well as breeding high NUE varieties in poplar.

土壤氮素养分是影响林木生长发育的重要环境因子，研究杨树氮素利用机理、培育高氮素利用效率新品种是杨树遗传改良的一个关键问题。长链非编码RNA（lncRNA）可通过作用于靶基因或与miRNA互作调控mRNA表达，其与植物重要性状的形成密切相关。本项目拟以美洲黑杨为材料，通过对氮素利用效率差异巨大的2组无性系的转录组测序分析，筛选与氮素利用性状相关的lncRNA。对lncRNA靶基因及与miRNA和mRNA的互作分析，确定对氮素利用基因具有调控作用的lncRNA。对美洲黑杨关联群体氮素利用性状指标进行测定，并对候选lncRNA及受调控基因单核苷酸多态性（SNP）进行筛选和分型。最后采用关联作图策略对氮素利用性状和SNP基因型进行关联分析，鉴定与氮素利用性状紧密连锁的lncRNA等位变异。本项目将为深入研究lncRNA在杨树氮素利用性状形成及天然变异中的作用、培育高氮素利用效率杨树新品种奠定基础。

土壤氮素养分是影响林木生长发育的重要环境因子，研究杨树氮素利用机理、培育高氮素利用效率新品种是杨树遗传改良的一个关键问题。长链非编码RNA（lncRNA）可通过作用于靶基因或与miRNA互作调控mRNA表达，其与植物重要性状的形成密切相关。本项目以美洲黑杨为材料，通过对氮素利用效率差异巨大的2组无性系的转录组测序分析，在1500 μM、200 μM和10 μM 氮素处理下，两组无性系间分别发现55、142和51个差异表达lncRNA；同时发现10、13和10个差异表达的circRNA，表明非编码RNA在杨树氮素利用相关基因表达调控中起重要作用。联合分析发现，部分circRNA存在与已知miRNA的结合序列，它们可能是具有功能的竞争性内源非编码RNA。对美洲黑杨关联群体无性系包括生长性状、叶片性状、酶活性、根系性状等指标进行了测定分析，建立了表型数据库并鉴定出一批具有不同氮素利用效率的美洲黑杨新种质。扩增获得了lnc021等4个氮素利用相关lncRNA及靶基因DUR3的基因组序列信息，从关联群体中筛选出一批SNP标记；通过关联作图策略从lnc021等lncRNA中鉴定出与美洲黑杨氮素利用性状相关联的8个SNP标记；跨物种分析表明，lnc017靶基因DUR3在近缘种欧洲黑杨天然群体中的3个SNP标记与氮素利用相关性状紧密连锁。研究结果将为深入研究lncRNA在杨树氮素利用性状形成及天然变异中的作用、培育高氮素利用效率杨树新品种奠定基础。