棉纤维发育相关miRNAs的鉴定、表达及功能研究

棉纤维发育是一个基本的生物学过程和高度程序化的调控过程，研究表明miRNA在棉纤维起始和发育过程中起重要调控作用。为深入系统研究miRNAs在棉纤维发育时期基因调控网络中的作用，本项目以棉花野生型Xu-142和无长纤维无短绒突变体Xu-142w为材料，在获得2组材料棉纤维发育不同时期小RNA序列信息的基础上，以生物信息学、基因芯片、实时定量PCR和转基因等方法和技术，重点研究三个方面的内容：（1）棉纤维发育相关miRNAs的鉴定和表达谱分析；（2）棉纤维发育相关miRNAs靶基因的预测、验证和表达谱分析；（3）miRNAs在棉纤维发育过程中的功能和调控作用研究。项目的实施为深入理解miRNAs的基因调控机制奠定重要基础，使通过分子手段进行棉纤维发育相关miRNA的过量表达成为可能，促进基于miRNA的以提高棉纤维产量和品质为目的的生物技术学科的迅速发展。

棉花是最重要的天然纤维作物之一，利用同源性搜索、生物信息学预测以及荧光定量PCR等方法，以亚洲棉和陆地棉为研究材料，鉴定出潜在的miRNA，预测其目的基因，并研究miRNA在棉花生长发育过程的调节作用。研究结果如下：（1）利用深度测序，在胚珠和叶片中鉴定出65个保守的miRNA，其中32个家族在两组织中表达量不同；共有820个基因被预测为miRNAs潜在的目的基因；目的基因涉及纤维发育、新陈代谢和信号转导等功能；降解组测序结果显示22个miRNA-target对被鉴定，且首次鉴定了miR171-GRAS转录因子和miR7484-RING/U-box蛋白；（2）荧光定量PCR用于分析已鉴定的54个miRNA在Xu-142和Xu-142w两个品种不同纤维发育时期的表达情况。结果显示，26个miRNAs在纤维起始过程显著性表达，48个miRNAs在纤维伸长和次生壁形成过程显著性表达；33个miRNAs在两个品种的纤维起始时期显著性表达；723个CDS序列被预测为候选目的基因；目的基因功能聚类分析结果显示，299个目的基因涉及222个生物过程，64个细胞组成和42个分子功能；目的基因KEGG-pathway结果显示254个目的基因涉及28个KEGG pathway；目的基因KOG分析结果显示254目的基因归属于22 KOG组。（3）利用同源性搜索，首次从亚洲棉中鉴定到73个miRNAs，隶属于49个miRNAs家族；38个miRNA位于前体的3’端而剩余35个miRNA位于5’端；成熟miRNA的长度在18-22nt之间变化，前体在46-684nt之间变化；核苷酸U的含量最高，GC的含量低于AU；大多数miRNAs家族只含有一个成员，但miR156, 414, 837, 838, 1044, 1533, 2902, 2868, 5021和5142家族包含多个成员；亚洲棉中miRNA的鉴定表明，miRNAs广泛存在于二倍体棉花中，并且调控二倍体棉花的生长发育过程。本研究为进一步探索miRNA在陆地棉生长发育过程的调节作用提供新的数据，为提高棉花纤维产量和改善棉花纤维品质奠定了基础。