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小桐子半胱氨酸蛋白酶家族和相应miRNAs的鉴定及其对低温锻炼的响应
植物学报
2021, 56 (5):
544-558.
DOI: 10.11983/CBB21014
小桐子(Jatropha curcas)是一种极具潜力的能源植物及冷敏植物, 12°C低温锻炼可显著提高其耐冷性。在全基因组水平上对小桐子半胱氨酸蛋白酶家族及靶向其基因的miRNAs进行鉴定、生物信息学分析和表达特性分析, 并对该基因家族成员与miRNAs互作参与调控小桐子对低温锻炼的响应进行解析。结果表明, 在小桐子基因组中共鉴定到39个半胱氨酸蛋白酶基因, 定位于11条染色体上, 可分为6个亚家族(C1A、C2、C12、C13、C14和C15), 编码181-2 158个氨基酸残基的多肽, 均具有Cys和His活性位点。基于miRNA组和降解组测序结果, 发现有283个miRNAs靶向调控小桐子半胱氨酸蛋白酶基因家族的14个成员。对靶向JcDEK1、JcRD21B和JcXBCP3L的miRNAs在12°C低温锻炼过程中的共表达分析表明, 这些miRNAs参与半胱氨酸蛋白酶基因表达的调控, 且这种调控可能与低温锻炼诱导的小桐子耐冷性增强有关。研究结果有助于深入理解小桐子半胱氨酸蛋白酶基因家族功能及其与相应miRNAs的互作, 以及通过互作调控小桐子对低温的响应。  View image in article
图7
miRNAs靶向调控小桐子半胱氨酸蛋白酶家族基因的网络图
红色代表半胱氨酸蛋白酶基因, 蓝色代表miRNAs。
正文中引用本图/表的段落
基于本实验室测序数据, 通过筛选降解组(PRJNA 661178)和miRNA组(PRJNA660857)中小桐子半胱氨酸蛋白酶基因家族中对应的miRNAs, 共预测到14个半胱氨酸蛋白酶基因受283个miRNAs调控(图7)。其中, JcRD21C受139个miRNAs调控, JcDEK1、JcXBCP3L和JcRD21B分别受34、30和17个miRNAs调控, JcRD19A、JcAMC4G和JcXCP2分别受5、3和2个miRNAs调控, JcXCP1、JcALP1、JcRD19B、JcSAG12H1、JcAMC9A、JcAMC2D和JcRD19C均只受1个miRNA调控。
已有研究表明, 大量miRNAs参与众多生物基因表达的调控(Wani et al., 2020; 郝大海和龚明, 2020; 张翠桔等, 2020), 但miRNAs是否参与调控半胱氨酸蛋白酶家族基因尚未见明确报道。本研究基于小桐子miRNA组和降解组测序结果, 发现有14个半胱氨酸蛋白酶基因受283个miRNAs靶向调控(图7)。比较低温锻炼过程中miRNAs与其靶向的半胱氨酸蛋白酶基因的表达谱(图6, 图8), 发现许多miRNAs与其靶向基因存在负调控关系。对JcDEK1、JcRD21B和JcXBCP3L及靶向它们的miRNAs的qRT-PCR共表达分析结果也表明, 这些半胱氨酸蛋白酶基因与miRNAs之间存在负调控关系, 在低温锻炼12-48小时期间尤为明显(图8), 表明这些miRNAs参与半胱氨酸蛋白酶基因的调控, 且其调控作用与低温锻炼诱导的小桐子耐冷性有关, 但具体调控哪些生化与分子途径还有待深入研究。后续可通过多组学联合分析, 解析基因组中编码半胱氨酸蛋白酶基因的转录因子与miRNA的关系, 有望进一步阐明miRNAs与半胱氨酸蛋白酶基因互作调控基因表达的具体机制, 以及这种互作如何参与调控植物对低温的响应与适应。
本文的其它图/表
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