（作物遗传育种专业论文）木薯抗旱相关microrna差异表达分析.pdf

海南大学学位论文原创性声明和使用授权删 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人 承担。 论文作者签名： 卅乙日期：矽f d 年月午日 学位论文版权使用授权说明 本人完全了解海南大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权海南大学可以：降本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 汇编本学位论文。本人在导师指导下完成的论文成果，知识产权归属海南人学和中国热带农业科学 院。 保密论文在解密后遵守此规定。 一 、 论文作者签名： 日期：矽f 口年 a 乙导师签名：一一 日期：0 口p 年莎月巳 本人已经认真阅读“c a l l s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的学位论文提交 “c a l l s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程中规定享受相关权益。回枣筻塞逞窒 论文作者签名： 日期：矽户年 翮魏互三肚 日期。矿声年月华日 摘要 木薯( m a n i h o te s c u l e n t ac r a n t z ) 为大戟科木薯属植物，是热带地区重要的粮食作 物，具有典型的高产、抗逆特征。在我国是淀粉和燃料乙醇生产的重要工业原料。 m i r n a 是一类- - 一2 i n t ，在转录后水平上调节m r n a 的非编码r n a 。r n i r n a 的调控作 用涉及几乎所有重要的生物学过程。本研究是在课题组m i r n a 前期研究基础上，在木 薯抗旱相关m i r n a 领域的延伸。 为了了解m i r n a 在干旱胁迫环境下的表达模式，本研究采用5 个抗旱能力不同的 木薯品种，系统地完成了木薯干旱胁迫的生物学过程，并采集并抽提各个时间点植株叶 片和根部的r n a 样品，并对处理过程中植株的表型变化做了详细记载。选择1 6 个木薯 m i r n a ，对抗旱性差异较大的2 个木薯品种进行干旱胁迫处理，并对这1 6 个m i r n a 进行差异表达分析。结果表明，这些m i r n a 在品种间和处理间差异表达明显，部分 m i r n a 在特定干旱胁迫条件下具有显著上调或下调的表达特性。具体实验结果如下： ( 1 ) 定量p c r 验证表明，只有1 个m i r n a 在所有干旱胁迫情况下均不表达，其余1 5 个m i r n a 至少在1 个干旱胁迫处理条件下表达，且表达丰度各异。整体而言，相比于 对照，m i r n a 的差异表达主要是上调表达( 上调表达占8 1 ，下调表达占1 9 ) 。 ( 2 ) 在干旱诱导驯化d a 表达，诱导后旱害胁迫d h 下也表达，而非诱导伤害d n h 不 表达的m i r n a 有6 个：1 0 4 5 1 2 5 ，1 2 2 9 4 9 6 ，1 2 3 0 4 8 1 ，3 6 1 5 5 4 6 ，3 7 4 7 5 2 2 和5 1 7 8 0 2 8 ； 只在干旱诱导后伤害d h 表达，d a 不表达，非诱导伤害d n h 不表达的有m i r l 7 1 a b ； 在干旱诱导后伤害d h 与非诱导伤害d n h 下均表达的有m i r 3 9 0b ，m i r 3 9 9 e ， m i r 4 8 0 6 9 8 2 和m i r 6 9 1 5 2 0 2 等4 个。以上m i r n a 的不同表达形式反应了其所调节的靶 机因在应对干旱胁迫中的不同反应机制。 ( 3 ) 表达模式分析发现，1 5 个m i r n a 在3 种干旱处理方式中都有不同的表达模式， 具有明显的时序性；在同处理同品种不同部位的比较中，相同表达模式的m i r n a 数量 很少，体现m i r n a 具有明显的组织特异性，s c l 2 4 和k u 5 0 中，d a 处理功能叶和根中 相似表达模式的m i r n a 分别有3 个( 6 9 1 5 2 0 2 、3 7 4 7 5 2 2 、3 6 1 5 5 4 6 ) 和5 个( 1 2 2 9 4 9 6 、 1 2 3 0 4 8 1 、3 6 1 5 5 4 6 、4 8 0 6 9 8 2 、5 8 1 5 0 9 4 ) ，d h 处理中功能叶和根中相似表达模式的m i r n a 分别有5 个( 1 2 2 9 4 9 6 、4 8 0 6 9 8 2 、5 1 7 8 0 2 8 、5 8 1 5 0 9 4 ，3 6 1 5 5 4 6 ) 和o 个，d n h 处理中 功能叶和根中相似表达模式的m i r n a 分别有3 个( 3 6 1 5 5 4 6 、4 8 0 6 9 8 2 、5 8 1 5 0 9 4 ) 和1 个( 3 9 8 b ) ：在同处理同部位的六种比较中，品种特异性表现更加明显，s c l 2 4 和k u 5 0 都具有没有1 个m i r n a 是相似的表达模式。 ( 4 ) 本课题组前期研究5 个仅在胁迫中表达的m i r n a ( 1 6 6 a 、1 7 l a b 、3 9 0 b 、3 9 8 b 和 3 9 9 e ) ，在本实验的干旱胁迫处理中都有表达，验证了这5 个m i r n a 和胁迫诱导的相 关性；与前期研究相比，本实验的处理方式、部位和时间点更加细化，结果也更为清晰 而深入：在胁迫处理上，5 个m i r n a 在d a 中均没有表达，只是在d h 和d n h 中部分 表达；在组织部位上，1 6 6 a 和1 7 l a b 只在根中有表达，在功能叶中没有表达，只有3 9 9 e 、 3 9 8 b 和3 9 0 b 在功能叶和根中都有表达；在胁迫响应时序上，1 6 6 a 在d n h 处理的根中 第1 时间点有表达，而在第2 和3 时间点都没有表达，其它4 个m i r n a 在3 个处理的 根或功能叶的3 个时间点有明显的表达。 ( 5 ) 利用h i t s e n s o r 软件，预测出这1 6 个m i r n a 和靶m r n a 一共有1 6 4 对m i r n a ： m r n a 互作对。 本研究在木薯中进一步收集与干旱相关的m i r n a 及其靶基因，这些研究成果为今 后研究m i r n a 在木薯的抗旱机制和干旱适应性遗传改良奠定了进一步的基础。 关键词：木薯m i r n a 干旱胁迫表达模式表达水平 ab s t r a c t c a s s a v a ( m a n i h o te s c u l e n t ac r a n t z ) i st h em a n i h o ti ne u p h o r b i a c e a e i ti sai m p o r t a n t f o o dc r o p s ，i t sh i g hp r o d u c t i v i t ya n di t sa b i l i t yt ow i t h s t a n dav a r i e t yo fe n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s ( i n c l u d i n gs i g n i f i c a n tw a t e rs t r e s s ) i nt y p i c a lt r o p i c a la r e a i ti sa l s oa ni m p o r t a n t i n d u s t r i a lr a wm a t e r i a lf o ro u rs t a r c ha n df u e le t h a n o lp r o d u c t i o n m i c r o r n a ( m i r n a ) i sa c l a s so f - 21n tn o n c o d i n gr n a st h a tr e g u l a t em r n a sa tt h ep o s t t r a n s c r i p t i o n a ll e v e l m i r n a sa r ek e yr e g u l a t o r so fn e a r l ya l le s s e n t i a lb i o l o g i c a lp r o c e s s e s t h i ss t u d yi saf u r t h e r r e s e a r c ho nc h a r a c t e r i s t i co fd r o u g h t - r e l a t e dm i r n ai no u rp r e l i m i n a r yc a s s a v am i r n a s t u d y t oe l u c i d a t et h e i rf u n c t i o n si nd r o u g h tr e s p o n s e s ，5e x p e r i m e n t a l p r o v e ns t r e s s r e l a t e d m i r n a si nc o m p u t c r n a lm i r n ap r e c i d t i o na n d1 1n e ws t r e s s r e l a t e dm i r n a si nm i r n a d e e ps o l e x as e q u e n c i n gw e r ec h o o s e d ，a n df u r t h e rv e r i f i e da n dp r o f i l e dt h ee x p r e s s i o no f16 m i r n a si nt w od i f f e r e n td r o u g h t - r e s i s t a n c ev a r i e t i e su n d e rt h r e ek i n d so fd r o u g h ts t r e s s t r e a t m e n t s t h er e s u l t sr e v e a l e dt h a tt h o s em i r n ah a v es o m ec h a r a c t e r i s t i co fs p e c i e sa n d c o n d i t i o n - s p e c i f i cd e p e n d e n c e ，t h e i re x p r e s s i o np a t t e r nw e r em u c hm o r eu n c e r t a i n t ya n d d i v e r s i t yc o m p a r e dw i t ht h e o s eo fe a r l ye x p e r e i m e n t ，s p e c i f i cp e r f o r m a n c ei sa sf o l l o w s ： ( 1 ) a st h er e s u l t so fq r t p c rs h o w s ，o n l yo n en e ws e q u e n c e dm i r n a n o te x p r e s s e di n a l lg i v e nd r o u g h tt r e a t m e n t ，15o ft h e16m i r n a sw e r ee x p e r i m e n t a l l yv e r i f i e di na tl e a s to n e o fd r o u g h t - t r e a t e dm a t e r i a l s ，a n dt h ee x p r e s s i o nl e v e lw e r ed i v e r s el a r g e l ya m o n gd i f f e r e n t t i m ep o i n t ，d i f f e r e n tt i s s u e sa sw e l la sd i f f e r e n tt r e a t m e n t o v e r a l l ，m i r n ae x p r e s s i o ni s m a i n l yu p - r e g u l a t e de x p r e s s i o n ( o v e r e x p r e s s i o na c c o u n tf o r4 1 ，9 d o w n r e g u l a t e d e x p r e s s i o n ，n oe x p r e s s i o n5 0 ) c o m p a r e dw i t ht h ec o n t r 0 1 ( 2 ) i no u rt h r e ek i n d so fd r o u g h t s t r e s st r e a t m e n t s ( d a ，d h ，d n h ) ，6m i r n a s ( 1 0 4 5 1 2 5 ，1 2 2 9 4 9 6 ，1 2 3 0 4 8 1 ，3 6 1 5 5 4 6 ，3 7 4 7 5 2 2a n d5 1 7 8 0 2 8 ) e x p r e s s e di nd aa n dd h ，b u t s i l e n c e di nd n h ；m i r n a l71a bo n l ye x p r e s s e di nd h e x c e p tf o rd a a n dd n h ；4m i r n a s ( 3 9 0 b ，3 9 9 e ，4 8 0 6 9 8 2a n d6 9 1 5 2 0 2 ) e x p r e s s e di nd ha n dd n h 。m i r n a st h a ts h o w e d d i f f e r e n t i a le x p r e s s i o ni nd i f f e r e n tc o n d i t i o n s ，i m p l i e dt h a tt h e i rt a r g e t e dg e n e si n v o l v e di n d i f f e r e n tr e g u l a t e dp a t h w a yu n d e rd r o u g h ts t r e s s 。 ( 3 ) e x p r e s s i o np a t t e ma n a l y s i ss h o w e dt h a t15m i r n ah a sal a r g ed i f f e r e n te x p r e s s i o n m a n n e ri nt h r e ek i n d so fd r o u g h t r e f l e c t i n ga p p a r e n ts e q u e n t i a l s p e c i f i cc h a r a c t e r s ；a te a c h t r e a t m e n t ，t h en u m b e ro fm i r n as i m i l a re x p r e s s i o np a t t e r n sa r es m a l l ，s h o w i n go b v i o u s t i s s u e - s p e c i f i c c o m p a r i n gd i f f e r e n tt i s s u eo fs a m et r e a t m e n ta n ds a m ev a r i e t y ，s c 12 4a n d k u 5 0i nd at r e a t m e n t ，o n l yt h r e e ( 6 9 1 5 2 0 2 ，3 7 4 7 5 2 2 ，3 6 1 5 5 4 6 ) a n d5 ( 1 2 2 9 4 9 6 ，1 2 3 0 4 8 1 ， 3 615 5 4 6 ，4 8 0 6 9 8 2 ，5 815 0 9 4 ) w e r ee x p r e s s e ds i m i l a r l yi nl e a v e sa n dr o o t s ，r e s p e c t i v e l y , i n d ht r e a t m e n t ，n u m b e ro fs i m i l a re x p r e s s i o np a t t e r nc h a n g e dt o5 ( 12 2 9 4 9 6 ，4 8 0 6 9 8 2 ， 5 1 7 8 0 2 8 ，5 8 1 5 0 9 4 ，3 6 1 5 5 4 6 ) a n d0 ，i nd n ht r e a n t m e n t ，w e r et h r e e ( 3 6 1 5 5 4 6 ，4 8 0 6 9 8 2 ， 5 815 0 9 4 ) a n d1 ( 3 9 8 b ) ；i na d d i t i o n ，t h es i xc o m p a r i s i o no fd i f f e r e n tv a r i e t yi ns a m e t r e a t m e n ta n ds a m et i s s u e ，v a r i e t y s p e c i f i cp e r f o r m a n c ei sm o r eo b v i o u si nt h et h r e e t r e a t m e n t s ，t h e r ew e r en oo n em i r n ae x p r e s s i o np a t t e r n sa r es i m i l a rb e t w e e ns c 12 4a n d k u 5 0 ( 4 ) t h ea l l5s t r e s s r e l a t e dm i r n a s ( 1 6 6 a , 1 7 l a b ，3 9 0 b ，3 9 8 ba n d3 9 9 e ) w e r ee x p r e s s e d i nt h i s d r o u g h tt r e a t m e n t ，r e v e a l s t h a tt h e5m i r n a sa r ca l ls t r e s s i n d u c e da n d d r o u g h t - r e s p o n s e sc o r r e l a t e d c o m p a r i s i o nw i t hp o o lm i x t u r eo ft i s s u ea n dt i m ep o i n ti n p r e l i m i n a r ys t u d i e s ，t h ee x p e r i m e n t a lt r e a t m e n tm a n n e r , t i s s u ea n dt i m ep o i n ti s m o r e d e t a i l e da n dt h es a m p l e sa r ea l ls e p a r a t e dt i s s u e l ya n dt i m e l y , t h er e s u r sm o r ec l e a r e ra n d d e e p e r ：i nv i e wo f s t r e s st r e a t m e n t ，5m i r n a sa l en o te x p r e s s e di nt h ed a ，b u te x p r e s s e di n t h ed ha n dd n ht r e a t m e n t ；i np o i mo f t i s s u e sc h a r a c t e r s ，1 6 6 aa n d1 7 l a ba l ee x p r e s s e do n l y i nr o o t s ，n o te x p r e s s e di nt h ef u n c t i o n a ll e a v e s ，t h r e em i r n a ( 3 9 9 e ，3 9 8 ba n d3 9 0 b ) e x p r e s s e di nb o t hl e a v e sa n dr o o t s ；i na s p e c t o f t i m i n go nt h es t r e s sr e s p o n s e ，1 6 6 a e x p r e s s e di nt i m ep o i n t1o f r o o t si nt h ed n ht r e a t m e n t ，b u tn o ti nt i m ep o i n t s2a n d3 ，o t h e r 4m i r n a ss h o w ss i g n i f i c a n te x p r e s s i o ni nt h e3t i m ep o i n t so fr o o to rf u n c t i o n a ll e a v e so f t w ov a r i e t yi nt h r e ed r o u g h tt r e a t m e n t s ( 5 ) f i n a l l y , w ep r e d i c t e d16 2r n i r n a ：t a r g e tb i n d i n gp a r t n e r sb e t w e e n1 6m i r n aa n d t h e i rt a r g e t e dm r n a s b yt h es o f t w a r eo fh i t s e n s o r ，a n di tr e m a i nt oi d e n t i f yt h et a r g e t s c l e a v a g es i t e so fm i r n a st h a ti n t e r e n t e du si nf u t u r ee x p e r i m e n t s i nt h i ss t u d y , w em a k eaf u r t h e rc o l l e c t i o no fc a s s a v aa n dd r o u g h t - r e l a t e dm i r n aa n di t s t a r g e tg e n e ，t h e s ef i n d i n g sh a sl a i daf u r t h e rf o u n d a t i o nf o rf u t u r er e s e a r c ho nm e c h a n i s m so f d r o u g h t r e s i s t a n tm i r n a a n dg e n e t i ci m p r o v e m e n to fd r o u g h ta d a p t a t i o ni nc a s s a v a k e yw o r d s ：c a s s a v a , m i r n a ，d r o u g h ts t r e s s ，e x p r e s s i o np a t t e r n ，e x p r e s s i o nl e v e l 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目j 素i 1 序言。1 1 1 木薯抗旱进展1 1 1 1 木薯概况l 1 1 2 旱害对植物的影响1 1 1 3 木薯抗旱研究进展2 1 2m i r n a 对基因表达的调控3 1 2 1m i r n a 概念与作用机理3 1 2 2 植物m i r n a 6 1 2 3m i r n a 生物学功能8 1 。2 3 1m i 砌蛆与生长发育8 1 2 3 2m i r n a 与植物的抗逆性9 1 3m i r n a 的表达特性1 1 1 4m i r n a 及其靶基因的遗传育种利用1 3 1 5 研究目的与意义1 3 2 材料和方法。1 5 2 1 实验材料1 5 2 2m i r n a 的差异表达1 6 2 2 1m i 砌蛆的获得1 6 2 2 1 1m i r n a 的计算机预测途径1 6 2 2 1 2m i r n a 的测序途径1 6 2 2 2m i r n a 接头以及引物的设计。1 7 2 2 3m i r n a 的提取1 7 2 2 4 m i r n a 的p o l y ( a ) 加尾l8 2 2 5 第一链e d n a 合成及检测1 9 2 2 6 m i r n a 的表达分析( 实时荧光定量p c r ) 2 0 2 3m i r n a 靶基因的预测2 l 3 结果与分析2 3 3 1 干旱胁迫材料2 3 3 1 1 干旱胁迫材料的表型变化与样品采集2 3 3 1 1 干旱胁迫材料用于定量表达的选取2 4 3 2 木薯逆境相关m i r n a 序列的获得2 5 3 3m i r n a 的表达检测2 5 3 3 1 e d n a 模板的检钡i j ( r t p c r ) 2 5 3 3 2m i r n a 的表达检测2 6 3 3 2 1e d n a 模板的优化2 6 3 3 2 2 m i r n a 的表达检测( 实时荧光定量p c r ) 2 7 3 4m i r n a 的表达分析2 8 3 4 1m i r n a 的表达模式的确定2 8 3 4 2m i r n a 的表达的数据整理2 9 3 4 3m i r n a 的表达水平分析。3 2 3 4 4m i r n a 的表达模式分析3 9 3 4 57 个木薯抗旱相关重要m i r n a 表达规律4 6 3 5 木薯干旱相关m i r n a 的靶基因预测一4 9 4 讨论5 2 4 1 驯化和非驯化材料选择5 2 4 2 与本课题组前期验证的m i r n a 表达对比。5 3 4 3 已知功能的m i r n a 在干旱处理中的表达5 3 4 4m i 砒叮a 的去抑制作用：5 4 4 5m i r n a 的靶基因预测5 5 结 论! ；7 参考文献5 8 附录11 6 个m i r n a 在三种处理两个部位中的表达柱状图。6 5 附录2 16 个m i r n a 的表达柱状图。6 7 发表论文6 9 致谢7 ( 1 i i 1 序言 1 1 木薯抗旱进展 1 1 1 木薯概况 木薯( m a n i h o te s c u l e n t ac r a n t z ) 为大戟科木薯属植物，起源和驯化于南美洲，是热带 地区重要的粮食作物，国际上第6 大作物，超过6 亿人口依赖木薯提供基本的热能。在 我国热带省份，广西、海南、云南、广东等省都有较大面积的种植，总面积在5 0 万公 顷以上。特别是我国木薯已经成为热区重要的能源作物之一，生产木薯块根9 0 用于制 取淀粉。遗传多样性研究对于新品种培育中亲本组配等具有重要意义。木薯的主要用途 是食用、饲用和工业上开发利用。块根淀粉是工业上主要的制淀粉原料之一。世界上木 薯全部产量的6 5 用于人类食物，是热带湿地低收入农户的主要食用作物。作为生产饲 料的原料，木薯粗粉、叶片是一种高能量的饲料成分。在发酵工业上，木薯淀粉或干片 可制酒精、柠檬酸、谷氨酸、赖氨酸、木薯蛋白质、葡萄糖、果糖等，这些产品在食品、 饮料、医药、纺织( 染布) 、造纸等方面均有重要用途。 在中国主要用作饲料和提取淀粉。木薯是新兴工业原料和生物能源，也是保障粮食 安全的需要。木薯是热带典型的高产、抗逆作物，具有突出的高光效、高淀粉产量、抗 旱、耐瘠薄等生物学特性，位列全球第六大粮食作物，是我国工业淀粉和燃料乙醇的主 要原料之一，也是应对粮食灾变危机的重要选择。我国现有种植面积5 0 余万公顷，产 量1 0 0 0 万吨，年进口量超过总产量，已经形成年2 0 0 万吨淀粉和变性淀粉，1 0 0 万吨燃 料乙醇的加工能力，原料供应已经成为产业发展的瓶颈。我国热带、亚热带地区适宜发 展木薯生产的面积在1 0 0 万公顷以上，通过改良木薯的抗逆性和适应性，将木薯种植区 向北推移，木薯种植区域将进一步扩大到1 0 0 万公顷，提高单产水平，年总产量达到4 0 0 0 万吨，则在保证现有淀粉市场需求后，年可生产4 0 0 5 0 0 万吨燃料乙醇，满足我国车用 燃料乙醇总需求量的l 3 ，木薯生产与加工产业可形成超过5 0 0 亿元人民币产值，促进 解决热带经济落后地区的三农问题。按照国家走出去战略，在拥有大量闲置土地的东南 亚和非洲大陆建立能源木薯生产基地，充分发挥木薯的高产、抗逆特性，为长远解决我 国的能源需求问题提供选择，为全球粮食安全提供保障。 1 1 2 旱害对植物的影响 所谓干旱就是指因长期无降水或降水显著偏少，农业生产又缺乏其他供水条件，导 致土壤水分不足，不能满足牧草等农作物生长所需要的水分造成的自然灾害。植物旱害 是由自然条件和植物本身的生理条件所引起。包括自然条件引起的大气干旱、土壤干旱 和植物本身原因引起的生理干旱。所以旱害对农业的影响很大，甚至造成农作物较大的 减产或绝产。我国地域辽阔，经纬度横跨较大，而且地形多样、复杂，同时由于我国的 季风气候，导致我国旱灾发生的时期和程度有明显的地区分布特点。 关于旱害植株的研究，从分子水平到植株的形态研究，以及植物对干旱反应的 机制研究在国内外均取得了很大的进展。t u r n e r 认为，植物抗旱性是作物遭受周 期性缺水后仍能正常生长而且保持结实的能力( t u r n e r e t a l ，1 9 7 9 ) ；以及在缺水条件 下，作物能获得足够产量的能力( t u r n e re ta 1 ，1 9 9 7 ) ；抗旱性涉及三个主要的生理范畴( 陈 荣林等，2 0 0 5 ) ：( 1 ) 干旱条件下作物维持高含水量，( 2 ) 作物在低含水量的情况下保持其 生理功能，( 3 ) 旱后作物含水量和功能的恢复。 干旱对植物的影响通常易于观察。如植株部分敏感器官萎蔫。萎蔫的实质是因为缺 水导致植株内部组织、细胞等结构发生了物理或化学变化。如膜的结构和透性改变。由 于结构变化导致代谢过程受阻，如光合作用抑制、呼吸作用减慢，蛋白质分解，脯氨酸 积累，核酸代谢受阻，激素代谢途径改变等。植物体内水分分配出现异常，抑制植物生 长，更为严重的是引起植株机械性损伤，导致植株死亡( 侯海军等，2 0 0 5 ；江泽普等2 0 0 3 ) 。 植物受到干旱影响时，其组织结构内部也发生一些变化，并且伴随着一些化学物质 的改变和增减。有研究发现，木薯遭受干旱时，叶表面积的增长速率降低导致叶面积增 长缓慢，叶表面的气孔关闭，以及体内的a b a 含量明显升高等等( a l f r e d oe ta 1 ，2 0 0 1 ) ； 同时叶片细胞的生长和分裂也受到限制( a l f r e d oe ta 1 ，2 0 0 4 ) 。在研究中作者还惊喜的发 现，在木薯没有受到致死的水分缺失情况下，在水分恢复的时，木薯在叶的增长、气孔 是否打开、体内的a b a 含量以及叶片细胞的生长和分裂等方面都是立即恢复到干旱之 前的状态，正常生长，也从另外一个侧面表明了木薯耐旱作物的原因。在水分缺失时候 适应性的停止生命活动，在水分恢复时候，敏感而快速的感应水分，正常生长( b l u me ta 1 ， 1 9 9 6 ) 。更早之前的木薯的研究结果也和a l f r e d oa c 结果一致( i s m a i le ta 1 ，1 9 9 7 ；t a r d i e u e ta 1 ，1 9 9 8 ) 。 1 1 3 木薯抗旱研究进展 木薯具有突出的土壤水分和养分利用效率，木薯通过特有的形态、生理和生化调节 方式，渡过严酷干旱期，而在雨季到来后迅速生长发育，获取较高产量；能够生长在其 它作物几乎无产量的贫瘠土壤中，其本质是对氮、磷高效利用的遗传特性；正是这些特 性，使木薯成为非洲第一大粮食作物，成为我国热区贫瘠土壤的拓荒作物。 对于植物抗旱的机制，目前国内外的研究很多，也较为详细。可以发现一些共同的 机制，比如气孔关闭、蒸腾停止、细胞膜内外离子的水平的变化还有一些激素的产生等 等。但是植物之间也可能存在一些自己特异的抗旱机制。 张和臣等的研究，见图1 ：在非生物逆境条件下，植物细胞质内的钙离子在时间、 空间及浓度上会出现特异性变化，即诱发产生钙信号。钙信号再通过其下游的钙结合蛋 白进行感受和转导，进而在细胞内引起一系列的生物化学反应以适应或抵制各种逆境胁 2 迫。目前在植物细胞中发现c a 2 + c d p k 、c a 2 + c a m 和c a 2 + c b l3 类钙信号系统，研 究表明它们与非生物逆境胁迫信号转导密切相关( 张和臣等，2 0 0 7 ) 。 干旱盐害冷冻 c a 2 十+ 其它途径 上弋哆m a p k 子毒害 逆境庞答基因 图1 - 1 受钙信使调控的逆境信号传递网络( 张和臣等，2 0 0 7 ) f i g u r e1 - 1t h en e tc a l c i u mr e g u l a t i o nb yt h es t r e s ss i g n a l i n gm e s s e n g e r 1 2m i r n a 对基因表达的调控 1 2 1m i r n a 概念与作用机理 m i r n a 最早发现是1 9 9 3 年r u v k u n ( r u v k u n ，1 9 9 3 ) 和a m b r o s ( a m b r o se ta 1 ，1 9 9 3 ) 在新小杆线虫中发现的。m i r n a 是一类广泛存在于真核生物中，是其自身基因组的非 编码小分子r n a ( n o n - c o d i n gs m a l lr n a ) ( b a r t e le ta 1 ，2 0 0 4 ；l l a v e e ta 1 ， 2 0 0 2 ；s u n k a re ta 1 ，2 0 0 4 ) m i r n a 基因通常是在核内由r n a 聚合酶i i ( p o l l i ) 转录的， 最初产物为大的具有帽子结构( 7 m g p p p g ) 和多聚腺苷酸尾巴( a a a a a ) 的 p r e m i r n a ( k i me ta 1 ，2 0 0 5 ) 。p r e m i r n a 在核酸酶d r o s h a 和其辅助因子p a s h a 的 作用下被处理成7 0 个核苷酸组成的p r e m i r n a 。r a n - g t p 和e x p o r t i n5 将 p r e m i r n a 输送到细胞质中，其前体成熟是在细胞核再运送到细胞质中一系列酶反映 过程，加工成熟( y l e ee ta 1 ，2 0 0 3 ；y l e ee ta 1 ，2 0 0 4 ；r y ie ta 1 ，2 0 0 3 ；e l u n de ta 1 ， 2 0 0 4 ) 。r o s s ig r o u p 发现了介导m i r n a 核质转运的新成员c r m l ，让人眼前一亮( j o h n e t a 1 ，2 0 0 9 ) ，使得对于m i r n a 的形成过程有了进一步的证实。在研究m i r n a 的加 工上也有了新进展，d n a 结合蛋白调节m i r n a 的加工，p 5 3 和一种k s r p 的r n a 结合蛋白均对不同功能的m i r n a 具有加工调节作用( k o h e ie ta 1 ，2 0 0 9 ；m i c h a e le t a 1 ，2 0 0 9 ) 。 1蕊王1 朦i a 蛆土 虽然m i r n a 定位于细胞核内的功能没有比较权威的说法，但是m i r n a 可以 存在于核内已被很多研究直接或间接的证明。t h o u rp r d e r s o n 在前人的工作至上更进一 步，发现m i r n a 可以存在于核仁区，关于这一现象现在有两种解释：一是这些是来源 于r r n a 的前体m i r n a 。二是这些成熟的m i r n a 在核仁区，是m i r n a 的修饰与加工 机制( t h o r ue ta 1 ，2 0 0 9 ) 。近期研究者发现t e r t ( h u m a nt e l o m e r a s er e v e r s el 粼- i p t a s e c a t a l y t i cs u b u n i t ) 和r m r p ( r n ac o m p o n e n to fm i t o c h o n d r i a l r n ap r o c e s s i n g c n d o r i b o n u c l e a s e ) 的复合物具有r d r p 活性，并且该复合体产生的双链r n a 在d i c e r 的作用下可以产生小r n a ( j o h n e ta 1 ，2 0 0 9 ) ，此项研究也更加丰富了小r n a 的产生途 径。以上最新的研究工作都对m i r n a 的产生和功能有了进一步的科学验证。 m 啦7 0 r n a ，h u * f 小t r 札“j 呛p 。a s l 墨 r n ap oi l ，l l 1 t 曩r 。c r i p t o r ， ：呷燕蒜印 3 7 置尘：= = 轧、由 ；，：要， 3 = 慧燃。殴寥瞰少 ，一，5 、_ ，”h 、 ，、l 、o 堰i p 口i ，7c_j7、 ， o ，一。辽五a 五e 五e 叫， 一一一7 3 _ ：篡萧q l r ， ， 一。 r 一 渤上幢 3 = 秽一严霜