陆地棉不育系C2P5A育性相关circRNAs的鉴定与分析
棉花（Gossypium spp）是全球最重要的天然纺织纤维来源之一，从古至今，作为人们的衣着之源，棉花在中国的历史文化中都有着十分重要的地位。杂种优势是指一个物种的不同品种或者物种间的杂交后代生物量、发育速度和产量的表型值优于两个亲本的现象。不育系的创制可以使我们更好的利用杂种优势，进而进行大规模的杂交制种。所以雄性不育株的发现和利用是棉花杂交育种的重要基础。同时，circRNA作为一种特殊的非编码RNA，呈单链封闭环状结构，表达稳定，不易降解，通常在转录后水平竞争性的抑制其来源基因（host gene），进而影响蛋白质翻译的生物过程。本研究利用基因组学、生物信息学和转录组学等方法，以不育系C2P5A和保持系C2P5B作为研究对象，对它们花药发育不同时期的circRNA及circRNA来源基因进行了研究，鉴定了参与花药败育相关途径的差异表达circRNA。通过对不育系C2P5A花药败育机理的深入探讨，为更好的了解不育系的产生机理奠定基础。主要研究结果如下： 1、分别对花粉母细胞时期（pollenmother cell stage,Pms）、四分体时期（tetrad stage,Tds）、单核时期（mononuclear stage,Ms）的花药进行circRNA测序分析，三个时期共鉴定出1866个circRNA，其中不育系中有740个，保持系中有848个，不育系和保持系共有的有318个；鉴定出的circRNA大都分布在染色体的两端，Dt亚组的基因数目多于At亚组；鉴定出三种circRNA类型，分别是内含子、外显子和基因间circRNA，circRNA的长度主要分布在200-1000bp之间。对不育系和保持系相同时期的差异circRNA的host基因进行GO富集分析，分别富集到43、41和41个GO通路中，许多差异表达基因(Different expression genes,DEGs)参与花药的细胞发育过程、生物调节过程、代谢过程、膜组成过程以及催化活性等通路。 2、通过circRNA表达量分析发现，在花药发育的四分体时期，保持系较不育系有347个circRNA下调表达。筛选出circRNA:A11:19227184|19230033可能是与花药败育相关的circRNA，且该circRNA的host基因GhPDI-18的不育系和保持系之间有较大差异。通过数据库比对找到38个陆地棉家族基因，通过分析这些基因的表达量差异，确定了4个基因可能与C2P5A花药败育相关。 3、最终对Gh_A01G213100.1（GhPDI-1）、Gh_D01G210400.1（GhPDI-21）、Gh_D11G163400.1（GhPDI-36）、Gh_A11G162300.1（GhPDI-18）这4个基因进行qRT-PCR验证，qRT-PCR结果与转录组数据结果相符。其中Gh_A11G162300.1（GhPDI-18）和Gh_D01G210400.1（GhPDI-21）在保持系花药发育的四分体时期和单核时期都显著高于不育系。对差异基因进行蛋白互作预测分析，结果显示，这些互作基因可能参与细胞程序性死亡、内质网蛋白质加工、溶质质子的转运体活动、蛋白的转运、激素合成等，亚细胞定位结果显示GhPDI30-GFP融合蛋白在叶片细胞的生物膜中积累。
陆地棉;杂交育种;雄性不育系;环状RNA;基因鉴定;花药败育机理
河南科技学院
硕士
作物遗传育种
王清连
2022
中文
S562.035.1
2022-10-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）