非编码RNA对玉米穗行数性状的调控机理研究

阐明玉米产量及其构成因子的遗传机理，对玉米新品种的选育将具有重要的促进作用。玉米产量是一个复杂的数量性状，受多个性状的综合作用，在玉米产量的主要构成因子中，穗行数的遗传力高且受外界环境条件影响较小，在保证玉米产量的稳定性具有重要作用。鉴于数量性状遗传的复杂性，穗行数的形成与发育可能受多种遗传机制的共同调控，前人已经证明了上游因子（microRNA）在玉米穗行数形成中具有重要作用。本研究拟以玉米穗行数主效QTL的单片段代换系及穗行数差异明显的玉米自交系为基础材料，通过分析不同穗行数单片段代换系及自交系microRNA表达谱之间的差异，筛选与穗行数性状相关的非编码RNA，继而在穗行数存在差异的自然群体中确证这些microRNA与穗行数性状的关系，并通过生物信息学手段获得这些microRNA的靶基因信息，阐明非编码RNA对玉米产量性状的调控作用，为玉米新品种的选育提供理论依据。

通过项目实施，对穗行数明显减少的单片段代换系SSL-10及其轮回亲本综3穗行数形成关键时期的雌穗样品进行了miRNA组学深度测序，共获得RNA序列9,971,797条，其中18nt到30nt之间的RNA共 9,448,274 条。在测序样品种共获得145种miRNA序列，这些miRNA与85个已见报道的玉米miRNA相符，属于17个miRNA基因家族。这些RNA的表达量差别从5到160,000个reads不等。 检测到168种miRNA序列与已知miRNA序列不符，而具有与保守miRNA相似的前体茎环结构。利用MFEI（自由能参数）对这些miRNA进行了分析，确定31个是新发现的玉米miRNA，属于9个miRNA家族。对所有已知miRNA和预测的新miRNA进行了靶基因预测。85个已知miRNA共获得158个靶基因；31个新预测miRNA共获得95个靶基因。对这些获得的靶基因进行了GO注释。这些靶基因集中于转录和翻译调节因子。对测序结果中表达量差异在2倍以上的保守miRNA和新miRNA进行了分析，共有4个家族的14个成员为上调表达，7个家族的14个成员为下调表达，另有1个新的玉米miRNA表现出在两系中的差异表达。对所有29个差异miRNA进行了靶基因预测，共获得136个靶基因，对这些获得的靶基因进行了GO注释和功能分类。用Stem-loop Real-time RT-PCR技术构建了所有29个差异表达的miRNA雌穗发育的不同阶段的表达谱，结果与测序结果相符，说明它们可能是与穗行数形成相关的miRNA。很多差异表达的miRNA在两系的不同发育阶段表达量存在差异，可能是穗行数形成相关的miRNA。根据候选穗行数相关miRNA与其靶基因之间的互作关系，构建了穗行数性状决定的分子调控网络。..发表SCI论文2篇，出席国际会议并进行分会场报告1次。培养硕士研究生1名，已获得硕士学位；另有1名硕士研究生和1名博士研究生在读。