Phân tích transcriptome của các miRNA liên quan đến số hàng hạt ngô giữa một dòng thay thế đoạn đơn và bố mẹ thu nhận của nó

Plant Growth Regulation - Tập 78 - Trang 145-154 - 2015
Bin Wang1,2, Yadong Xue1, Zuxin Zhang3, Dong Ding1, Zhiyuan Fu1, Jihua Tang1,4
1National Key Laboratory of Wheat and Maize Crop Science, Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops, College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou, China
2College of Agronomy, Henan University of Science and Technology, Luoyang, China
3National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement, Wuhan, China
4Department of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou, China

Tóm tắt

Để phát hiện các microRNA (miRNA) có liên quan đến việc xác định số hàng hạt trong ngô, việc giải trình tự sâu thế hệ tiếp theo đã được thực hiện trên một dòng ngô tự thụ phấn ưu tú Zong3 (số hàng 14–16) ở Trung Quốc và một dòng thay thế đoạn đơn (SSSL) SSL-10 (số hàng 8–10) được phát triển từ cùng một nền di truyền. Ở SSL-10, đoạn đơn được chèn vào nhiễm sắc thể 1 giữa các dấu hiệu phân tử bnlg1953 và bnlg1811. Hai mươi tám miRNA thuộc 11 họ miRNA bảo tồn trong ngô cho thấy sự khác biệt về biểu hiện >2 lần giữa hai dòng, trong đó 14 thành viên từ bốn họ miRNA được tăng cường và 14 thành viên từ 7 họ miRNA bị ức chế trong SSL-10. Một degradome toàn bộ bộ gen đã được giải trình tự để xác nhận các gen mục tiêu miRNA trong thí nghiệm thực tế. Ngoài ra, các miRNA mới liên quan đến sự phát triển của tai ngô đã được dự đoán bằng cách sử dụng một loạt các tiêu chí nghiêm ngặt, và 29 miRNA đại diện cho tám họ đã được dự đoán là các miRNA mới. Trong số các miRNA mới, chỉ có một miRNA cho thấy sự khác biệt về biểu hiện >2 lần. Các miRNA bảo tồn và mới với hơn 2 lần khác biệt về biểu hiện được coi là các ứng viên miRNA liên quan đến việc xác định số hàng hạt ngô. Quy định biểu hiện gen phụ thuộc vào miRNA và các tác động sinh lý học cũng như hình thái học trong sự phát triển của tai có thể giải thích lý do SSSL đã thay đổi số hàng hạt so với bố mẹ lặp lại của nó. Dựa trên sự tương tác giữa các miRNA và các gen mục tiêu của chúng, một con đường phụ thuộc vào miRNA có khả năng dẫn đến đoạn DNA cụ thể gây ra sự thay đổi về số hàng hạt đã được đề xuất.

Từ khóa

#miRNA #ngô #số hàng hạt #phân tích transcriptome #dòng thay thế đoạn đơn

Tài liệu tham khảo

Addo-Quaye C, Eshoo TW, Bartel DP, Axtell MJ (2008) Endogenous siRNA and miRNA targets identified by sequencing of the Arabidopsis degradome. Curr Biol 18(10):758–762 Addo-Quaye C, Miller W, Axtell MJ (2009) CleaveLand: a pipeline for using degradome data to find cleaved small RNA targets. Bioinformatics 25(1):130–131 Bartel B, Bartel DP (2003) MicroRNAs: at the root of plant development? Plant Physiol 132(2):709–717 Bennetzen J, Hake S (2009) Handbook of maize: its biology. Springer, Berlin Bommert P, Nagasawa NS, Jackson D (2013) Quantitative variation in maize kernel row number is controlled by the FASCIATED EAR2 locus. Nat Genet 45:334–338. doi:10.1038/ng.2534 Bortiri E, Chuck G, Vollbrecht E et al (2006) ramosa2 encodes a LATERAL ORGAN BOUNDARY domain protein that determines the fate of stem cells in branch meristems of maize. Plant Cell Online 18(3):574–585 Bowman JL (2004) Class III HD-Zip gene regulation, the golden fleece of ARGONAUTE activity? BioEssays 26(9):938–942 Brodersen P, Sakvarelidze-Achard L, Bruun-Rasmussen M et al (2008) Widespread translational inhibition by plant miRNAs and siRNAs. Sci Signal 320(5880):1185 Busov VB, Brunner AM, Strauss SH (2008) Genes for control of plant stature and form. New Phytol 177(3):589–607 Chen J, Lin HJ, Pan GT et al (2010) Identification of known microRNAs in root and leaf of maize by deep sequencing. Yi Chuan 32(11):1175 Chuck G, Muszynski M, Kellogg E et al (2002) The control of spikelet meristem identity by the branched silkless1 gene in maize. Science 298(5596):1238–1241 Chuck G, Cigan AM, Saeteurn K et al (2007a) The heterochronic maize mutant Corngrass1 results from overexpression of a tandem microRNA. Nat Genet 39(4):544–549 Chuck G, Meeley R, Irish E, Sakai H, Hake S (2007b) The maize tasselseed4 microRNA controls sex determination and meristem cell fate by targeting Tasselseed6/indeterminate spikelet1. Nat Genet 39(12):1517–1521 Chuck G, Whipple C, Jackson D et al (2010) The maize SBP-box transcription factor encoded by tasselsheath4 regulates bract development and the establishment of meristem boundaries. Development 137(8):1243–1250 Ding D, Zhang L, Wang H, Liu Z, Zhang Z, Zheng Y (2009) Differential expression of miRNAs in response to salt stress in maize roots. Ann Bot 103:29–38 Ding D, Wang Y, Han M, Fu Z, Li W, Liu Z, Hu Y, Tang J (2012) MicroRNA transcriptomic analysis of heterosis during maize seed germination. PLoS ONE 7(6):e39578. doi:10.1371/journal.pone.0039578 Douglas RN, Wiley D, Sarkar A et al (2010) ragged seedling2 encodes an ARGONAUTE7-like protein required for mediolateral expansion, but not dorsiventrality, of maize leaves. Plant Cell Online 22(5):1441–1451 Hobert O (2008) Gene regulation by transcription factors and microRNAs. Sci Signal 319(5871):1785 Jones-Rhoades MW, Bartel DP, Bartel B (2006) MicroRNAs and their regulatory roles in plants. Annu Rev Plant Biol 57:19–53 Kellogg EA (2000) The grasses: a case study in macroevolution. Annu Rev Ecol Syst 31:217–238 Kulcheski FR, de Oliveira LFV, Molina LG et al (2011) Identification of novel soybean microRNAs involved in abiotic and biotic stresses. BMC Genom 12(1):307 Li XY, Mantovani R, Hooft van Huijsduijnen R et al (1992) Evolutionary variation of the CCAAT-binding transcription factor NF-Y. Nucleic Acids Res 20(5):1087–1091 Liu PP, Montgomery TA, Fahlgren N et al (2007) Repression of AUXIN RESPONSE FACTOR10 by microRNA160 is critical for seed germination and post-germination stages. Plant J 52(1):133–146 Liu R, Jia H, Cao X, Huang J, Li F, Tao Y, Qiu F, Zheng Y, Zhang Z (2012a) Fine mapping and candidate gene prediction of a pleiotropic quantitative trait locus for yield-related trait in Zea mays. PLoS ONE 7(11):e49836 Liu Z, Kumari S, Zhang L, Zheng Y, Ware D (2012b) Characterization of miRNAs in response to short-term waterlogging in three inbred lines of Zea mays. PLoS ONE 7(6):e39786. doi:10.1371/journal.pone.0039786 Livak KJ, Schmittgen TD (2001) Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2−ΔΔCT method. Methods 25(4):402–408 Marin E, Jouannet V, Herz A et al (2010) miR390, Arabidopsis TAS3 tasiRNAs, and their AUXIN RESPONSE FACTOR targets define an autoregulatory network quantitatively regulating lateral root growth. Plant Cell Online 22(4):1104–1117 Millar AA, Gubler F (2005) The Arabidopsis GAMYB-like genes, MYB33 and MYB65, are microRNA-regulated genes that redundantly facilitate anther development. Plant Cell Online 17(3):705–721 Millar AA, Waterhouse PM (2005) Plant and animal microRNAs: similarities and differences. Funct Integr Genomics 5(3):129–135 Nag A, King S, Jack T (2009) miR319a targeting of TCP4 is critical for petal growth and development in Arabidopsis. Proc Natl Acad Sci 106(52):22534–22539 Nogueira FTS, Chitwood DH, Madi S et al (2009) Regulation of small RNA accumulation in the maize shoot apex. PLoS Genet 5(1):e1000320 Schauer SE, Jacobsen SE, Meinke DW et al (2002) DICER-LIKE1: blind men and elephants in Arabidopsis development. Trends Plant Sci 7(11):487–491 Shen Y, Jiang Z, Lu S, Lin H, Gao S, Peng H, Yuan G, Liu L, Zhang Z, Zhao M, Rong T, Pan G (2013) Combined small RNA and degradome sequencing reveals microRNA regulation during immature maize embryo dedifferentiation. Biochem Biophys Res Commun 441(2):425–430 Song JB, Huang SQ, Dalmay T et al (2012) Regulation of leaf morphology by microRNA394 and its target LEAF CURLING RESPONSIVENESS. Plant Cell Physiol 53(7):1283–1294 Stone JM, Liang X, Nekl ER et al (2005) Arabidopsis AtSPL14, a plant-specific SBP-domain transcription factor, participates in plant development and sensitivity to fumonisin B1. Plant J 41(5):744–754 Wang QQ, Liu F, Chen XS et al (2010) Transcriptome profiling of early developing cotton fiber by deep-sequencing reveals significantly differential expression of genes in a fuzzless/lintless mutant. Genomics 96(6):369–376 Wang L, Zhang Z, Teng F et al (2012) Application of chromosomal segment introgression line (CSIL) in crop genetics and breeding. J Plant Genet Resour 1:014 Warpeha KM, Upadhyay S, Yeh J et al (2007) The GCR1, GPA1, PRN1, NF-Y signal chain mediates both blue light and abscisic acid responses in Arabidopsis. Plant Physiol 143(4):1590–1600 Xi ZY, He FH, Zeng RZ, Zhang ZM, Ding XH, Li WT, Zhang GQ (2006) Development of a wide population of chromosome single-segment substitution lines in the genetic background of an elite cultivar of rice (Oryza sativa L.). Genome 49:476–484. doi:10.1139/G06-005 Xie F, Wang Q, Sun R, Zhang B (2014) Deep sequencing reveals important roles of microRNAs in response to drought and salinity stress in cotton. J Exp Bot. doi:10.1093/jxb/eru437 Yang J, Liu X, Xu B, Zhao N, Yang X, Zhang M (2013a) Identification of miRNAs and their targets using high-throughput sequencing and degradome analysis in cytoplasmic male-sterile and its maintainer fertile lines of Brassica juncea. BMC Genom 14(1):9 Yang X, Wang L, Yuan D, Lindsey K, Zhang X (2013b) Small RNA and degradome sequencing reveal complex miRNA regulation during cotton somatic embryogenesis. J Exp Bot 64(6):1521–1536 Zhang BH, Pan XP, Cox SB et al (2006) Evidence that miRNAs are different from other RNAs. Cell Mol Life Sci 63(2):246–254 Zhang Y, Schwarz S, Saedler H, Huijser P (2007) SPL8, a local regulator in a subset of gibberellin-mediated developmental processes in Arabidopsis. Plant Mol Biol 63(3):429–439 Zhang L, Chia JM, Kumari S et al (2009) A genome-wide characterization of microRNA genes in maize. PLoS Genet 5(11):e1000716 Zhao B, Ge L, Liang R et al (2009) Members of miR-169 family are induced by high salinity and transiently inhibit the NF-YA transcription factor. BMC Mol Biol 10(1):29