一种新的植物miRNA体内下调表达系统

MicroRNA(miRNA)是一种内源性的21到24个核苷酸长度的小分子RNA,在植物发育过程中起重要作用。旨在建立一种新的植物miRNA下调表达系统,为miRNA的功能研究提供有力的工具。不同于原有target mimicry的构建方法,以miRNA核心序列为基础,通过设计特定DNA引物,利用聚合酶链式反应(PCR)获得多拷贝的靶基因类似序列(Target mimicry or target mimics),构建target mimicry载体,转化拟南芥。通过qRT-PCR验证miRNA靶基因在转基因植株中的表达。以拟南芥6个保守miRNA为基础,获得了各个miRNA下调表达转基因株系,在转基因植株中检测miRNA靶基因的表达,与野生型相比差异明显,均发生了明显的上调。我们基于一种新的target mimicry的载体构建方法,成功建立了一种在植物中具有普遍适用性的高效miRNA低表达系统。     

盐穗木miRNA417的克隆及对种子萌发和幼苗成活率的影响

MicroRNA (miRNA)是植物重要的基因表达调控因子,miR417的表达受盐胁迫的调节,高盐胁迫时,拟南芥miR417的表达能够抑制种子的萌发和幼苗成活。本研究通过分析miRbase数据库中已知植物miRNA417的序列,利用PCR技术成功克隆获得了盐生植物盐穗木的miR417（HcmiR417）的前体序列,将其构建至植物表达载体pCAMBIA1301上,通过花絮浸染法对拟南芥进行遗传转化。结果表明,在150 mmol·L^-1 NaCl的胁迫下,分别过表达HcmiR417和过表达拟南芥miRNA417（AtmiR417）的转基因拟南芥种子的萌发率和幼苗存活率均较野生型低,但两种转基因拟南芥株系之间没有差异。初步验证了盐生植物HcmiR417在种子萌发和幼苗成活率方面也具有负调控作用,盐生植物盐穗木和拟南芥植物miRNA在功能没有显示出差异。     

拟南芥中与植物生长和耐寒相关的miRNA表达载体的构建

本研究通过PCR方法从拟南芥基因组序列中分离了3个理论推断与耐寒相关的miRNA片段(miRNA402,miRNA319和miRNA393)和1个与植物生长相关的片段miRNA172。利用重叠延伸PCR技术将miRNA172小分子,以及3个与耐寒相关的miRNA402,miRNA319和miRNA393小分子串连在一起分别导入植物表达载体pVKH-35S-GUS-pA,取代表达载体中的GUS基因,构建了pVKH-35S-mir172-pA和pVKH-35S-mir31+402+393-pA融合表达载体。经PCR和双酶切及测序鉴定,pVKH-35S-mir172-pA和pVKH-35S-mir319+402+393-pA构建成功,为后续利用基因工程手段,miRNA转化木薯,提高木薯生长和木薯耐寒相关研究奠定基础。     

人源microRNA分子表达库的构建

microRNA(miRNA)是一类长度为22nt左右的单链非编码小RNA分子,通过与靶mRNA分子结合而沉默其表达.目前,虽然在多种生物中发现了大量的miRNA,但对它们的功能还知之甚少.为了深入研究miRNA的功能,构建了一个包括170多种人源miRNA表达载体的miRNA分子表达库,并对部分表达载体采用RNA印迹及双荧光素酶分析技术进行验证.实验证明:这些miRNA表达载体在HEK-293细胞内可以高水平表达miRNA前体和成熟的miRNA,并且能抑制含有相应靶位点的报告基因的表达.这些结果表明:该miRNA表达库可以表达功能miRNA,并可用于miRNA功能的筛选和研究.     

miRNA 的生物合成过程

MicroRNA (miRNA) 是一类真核生物内源性的小分子单链 RNA ,通常为 18 ～ 25 nt 长,能够通过与靶 mRNA 特异性的碱基配对引起靶 mRNA 的降解或者抑制其翻译,从而对基因进行转录后的表达调控 . 近几年来,在动物细胞和植物组织中,上百种 miRNA 被陆续发现 . 这些小分子调控 RNA 是从 60 ～ 200 nt 的具有发夹状结构的前体中被切割出来而成熟的,在动物细胞中, miRNA 基因的转录初产物 (pri-miRMA) 很快被一种核糖核酸酶Ⅲ Drosha 加工成为 miRNA 前体 (pre-miRNA) ,然后由细胞核转运至细胞质中,经另一种核糖核酸酶Ⅲ Dicer 识别剪切为成熟 miRNA. 对这一过程进行了简要的综述,并且对植物 miRNA 的成熟过程也进行了探讨 . 对 miRNA 的生物合成过程的深入了解,将有助于研究这一类起重要调控作用的 RNA 是如何行使功能的,从而进一步研究其在生长发育及各种疾病中所起的重要作用 .     

月季‘绿萼’花器官发育相关microRNA的鉴定及分析

利用高通量测序技术,构建了中国古老月季‘绿萼’(Rosa chinensis ‘Viridiflora’)和‘月月粉’(R.chinensis‘Old Blush’)花蕾期的microRNA(miRNA)文库,并对其进行了测序和序列分析。结果显示,在‘绿萼’文库中,鉴定到已知的miRNA成熟体39个,miRNA前体42个;预测到新的miRNA成熟体56个,前体57个。在‘月月粉’文库中,鉴定到已知RNA成熟体39个,已知miRNA前体40个;预测到新的miRNA成熟体53个,前体57个。与‘月月粉’相比,‘绿萼’中差异表达的miRNA有31个,其中17个上调、14个下调。荧光定量PCR实验结果表明,miR156、miR398和miR535在2种月季的花蕾期表达上调,而miR167、miR172和miR396表达下调。进一步检测miR172和miR156在2种月季不同花器官中的表达差异,发现miR172在‘绿萼’的花瓣、雌、雄蕊中表达显著下调,提示miR172可能通过负调控其靶基因RcAP2的表达,在‘绿萼’花器官发育过程中起重要作用。     

高表达miR396小分子导致拟南芥花柱头弯曲

MicroRNAs（miRNAs）是大小约21个碱基、内源、非编码的小分子RNA。以拟南芥（Arabidopsis thaliana）miR396小分子为研究对象,分别克隆到了miR396小分子的两个前体（MIR396a,MIR396b）,得到了转基因植株。通过转基因植株的遗传学研究发现,高表达miR396小分子导致转基因拟南芥的花柱头弯曲。花柱头的弯曲影响了角果的正常发育。另外,Northern杂交结果表明转基因拟南芥花部位的miR396及其前体的表达量与对照相比显著增加。这些结果表明高表达miR396小分子可以导致拟南芥花柱头弯曲。     

毛竹miR164b前体的克隆及其在叶形态建成中的功能分析

microRNA（miRNA）参与植物多种生理代谢过程,在调控植物形态建成中发挥着重要作用。miR164作为植物特有的miRNA,其主要的靶基因是NAC转录因子,参与调控植物茎、叶顶端分生组织的建立、器官的分化和植株衰老等过程。本研究以毛竹（Phyllostachys edulis（Carr.） Lehaie）为材料,从中分离出miR164b的前体序列（82 bp）,二级结构分析结果发现该前体序列能够形成稳定的茎环结构,其成熟序列（21 bp）产生于茎环结构5'端的臂上,且碱基具有较高的保守性。本研究还构建了由CaMV 35S启动,包含毛竹miR164b前体序列的植物表达载体,并转化野生型拟南芥（Arabidopsis thaliana（L.） Heynh）,获得了转基因植株。结果表明,转基因植株生长瘦弱,莲座叶数量明显减少,叶片变小且叶片边缘锯齿减少,更加光滑。实时定量PCR分析结果显示,转基因拟南芥中毛竹miR164b的表达量极显著上升,而拟南芥内源靶基因CUC1与CUC2的表达量极显著下降。表明毛竹miR164b通过调节CUC1和CUC2的表达来参与植物叶形态建成过程。研究结果可为利用miRNA开展竹子分子育种提供参考。     

里氏木霉中小分子RNA对纤维素酶表达调控的作用

目的:通过过表达小分子RNA和抑制小分子RNA功能,研究小分子RNA对里氏木霉QM9414纤维素酶表达的影响。方法:利用含里氏木霉强启动子Ppdc的质粒p-Ppdc'-Tcbh1,分别构建过表达载体和Tough Decoy(Tu D)序列,对里氏木霉QM9414的3个小分子RNA(mil R5、mil R7和mil R10)进行过表达和抑制,过表达和抑制后的小分子RNA表达量通过荧光定量PCR检测,最终测定转化菌株的滤纸酶活,研究过表达和抑制小分子RNA后对纤维素酶表达的影响。结果:过表达载体能提高小分子RNA的表达量,过表达重组菌株OE-mil R7的滤纸酶活明显提高;Tu D序列表达载体可抑制小分子RNA的功能,抑制小分子RNA的重组菌株Tu D7酶活略有下降。结论:mil R7可能参与纤维素酶表达调控,为对里氏木霉的产纤维素酶能力进行改造提供了新的靶点。     

油茶CoSAD基因载体的构建、鉴定及功能分析

为揭示油茶( Camellia oleifera Abel)硬脂酰-ACP脱饱和酶( SAD)基因(即CoSAD基因)的功能,构建了该基因的原核表达载体pET28b-CoSAD、植物表达载体pBI121-CoSAD和RNA干扰载体pBI121-CoSAD RNAi,并采用PCR扩增及双酶切方法对3类载体进行鉴定;在此基础上,对原核表达载体中的CoSAD基因进行诱导表达分析,并对pBI121-CoSAD转化的拟南芥〔Arabidopsis thaliana ( Linn.) Heynh.〕sad突变体植株和pBI121-CoSAD RNAi转化的拟南芥野生型植株进行转基因鉴定和主要脂肪酸成分含量分析。 PCR扩增和双酶切结果显示：从 pET28b-CoSAD、pBI121-CoSAD和pBI121-CoSAD RNAi 载体的阳性克隆中均可获得目的条带,表明这3类载体均构建成功;用1 mmol·L-1 IPTG分别诱导0.5、1.0、2.0、3.0、4.0和5.0 h,CoSAD基因均能够在pET28b-CoSAD转化的大肠杆菌BL21感受态细胞中正常表达,能够获得与预测结果相符的相对分子质量约47000的特异目的蛋白条带,且蛋白活性随诱导时间的延长而升高。从pBI121-CoSAD转化的拟南芥突变体植株和pBI121-CoSAD RNAi转化的拟南芥野生型植株中也均可扩增出目的条带。 GC-MS分析结果显示：与拟南芥野生型植株相比,其突变体植株的硬脂酸和棕榈酸含量较高、油酸和棕榈油酸含量较低;但突变体植株经pBI121-CoSAD转化后,硬脂酸和棕榈酸含量降低而油酸和棕榈油酸含量提高;野生型植株经过pBI121-CoSAD RNAi转化后,硬脂酸和棕榈酸含量提高、油酸和棕榈油酸含量降低,表明pBI121-CoSAD转化能够促进拟南芥sad突变体植株体内饱和脂肪酸向不饱和脂肪酸转化,而pBI121-CoSAD RNAi转化对拟南芥SAD基因的表达有明显的抑制作用,这2种重组质粒均可影响拟南芥植株的脂肪酸含量。研究结果表明：油茶CoSAD基因具有调控饱和脂肪酸(硬脂酸和棕榈酸)向不饱和脂肪酸(油酸和棕榈油酸)转化的功能,对茶油的脂肪酸组成具有关键的调控作用。     

拟南芥RPS14基因的克隆表达及功能初步研究

拟南芥RPS14(Ribosomal protein S14)是从拟南芥中分离出的一种核糖体蛋白,是核糖体40S亚基的组成成分,属于S11P核糖体蛋白家族,主要负责RNA转录后加工。提取拟南芥总RNA,用RT-PCR技术得到RPS14全长基因,经T-A克隆插入到pEASY-T3载体上。利用亚克隆法成功构建pGEX-6P-1-RPS14原核表达质粒。GST-RPS14融合蛋白在大肠杆菌BL21(DE3)中表达,分子量约为43 kD。运用同样方法构建pET-28a-AK6原核表达质粒,获得大小约为26 kD的HIS-AK6融合蛋白。运用体外pull-down技术,并用SDS-PAGE和Western blot进行验证,证明拟南芥RPS14蛋白与AK6蛋白之间存在相互作用。因此,推测拟南芥的AK6与RPS14蛋白共同参与核酸代谢过程,影响RNA转录后加工,进而抑制拟南芥茎细胞的生长,使植株表现矮小特征。     

人工microRNAs对拟南芥At1g13770和At2g23470基因的特异沉默

DUF647(Domain of unknown function 647)蛋白家族是在真核生物中广泛存在的、高度保守的蛋白家族。拟南芥中该基因家族共有6个成员,迄今为止拟南芥DUF647家族中4个成员的功能尚不清楚。文章以拟南芥内源MIR319a前体为骨架,构建了敲减DUF647家族中2个基因At1g13770和At2g23470表达的人工microRNAs(Artifical microRNAs,amiRNAs)。利用WMD(Web microRNA designer)平台设计分别靶向At1g13770和At2g23470基因的amiRNAs序列,通过重叠PCR置换拟南芥MIR319a前体序列。构建融合amiRNAs前体的植物表达载体pCHF3-amiRNAs,在农杆菌介导下转化拟南芥。RT-PCR分析表明,amiRNAs能够显著抑制At1g13770和At2g23470基因的表达,获得了抑制效果明显的转基因株系。At2g23470-amiRNA转基因植株At2g23470转录水平的下调导致育性严重下降。文章为进一步研究这两个基因的功能奠定了良好的基础。     

人工microRNAs对拟南芥At1g13770和At2g23470基因的特异沉默

DUF647 (Domain of unknown function 647) 蛋白家族是在真核生物中广泛存在的、高度保守的蛋白家族。拟南芥中该基因家族共有6个成员, 迄今为止拟南芥DUF647家族中4个成员的功能尚不清楚。文章以拟南芥内源MIR319a前体为骨架, 构建了敲减DUF647家族中2个基因At1g13770和At2g23470表达的人工microRNAs(Artifical microRNAs, amiRNAs)。利用WMD(Web microRNA designer)平台设计分别靶向At1g13770和At2g23470基因的amiRNAs序列, 通过重叠PCR置换拟南芥MIR319a前体序列。构建融合amiRNAs前体的植物表达载体pCHF3-amiRNAs, 在农杆菌介导下转化拟南芥。RT-PCR分析表明, amiRNAs能够显著抑制At1g13770和At2g23470基因的表达, 获得了抑制效果明显的转基因株系。At2g23470-amiRNA转基因植株At2g23470转录水平的下调导致育性严重下降。文章为进一步研究这两个基因的功能奠定了良好的基础。     

拟南芥基因组中新的microRNA预测及分析

MicroRNA（miRNA）是一类存在于动植物体内、长度为21～25nt的内源性小RNA,对生物体的转录后基因调控起着关键作用,但一些低丰度的miRNA和组织特异性miRNA往往很难发现。为了系统识别拟南芥基因组中新的非同源miRNA,首先基于已报道的拟南芥miRNA的特征,从全基因组范围中筛选出453条可能的miRNA前体;其次,为了进一步对上述miRNA前体进行筛选,利用人的miRNA前体数据构建了支持向量机模型GenomicSVM,该模型对人测试集的敏感性和特异性分别为86.3％和98．1％（30个人miRNA前体和1000个阴性miRNA前体）,对拟南芥测试集的正确率为93．6％（78个miRNA前体）;最后,利用GenomicSVM预测上述453条miRNA前体序列,得到了37条候选的新的拟南芥miRNA前体,为进一步的miRNA实验发现研究提供了指导。     

RNA干涉AtSUS3影响拟南芥SUS家族表达模式及角果成熟

蔗糖合成酶（SuSy）是植物蔗糖代谢的关键酶,在植物生长发育过程中起着重要作用.为研究拟南芥中SUS3的功能,构建RNAi-SUS3干涉载体,通过农杆菌介导的真空渗透法转化拟南芥.筛选获得纯系转基因植株后,对AtSUS家族进行表达分析,利用环境扫描电子显微镜观察转基因植株表型,并对转基因拟南芥角果进行木质素组织化学染色以及透射电子显微镜检测.结果表明,RNA干涉技术能够抑制AtSUS3的表达,正常培养条件下该基因沉默后对拟南芥的表型没有显著影响,但可引起角果中AtSUS1,AtSUS2和AtSUS4表达代偿性增加,使转基因植株角果内果皮层细胞次生细胞壁增厚,木质化程度加深,同时果瓣厚度也有增加趋势.结果提示,转基因拟南芥角果的发育较野生型植株更为优先,AtSUS3基因沉默可能有利于角果的成熟.     

人工miRNA沉默基因的研究

人工miRNA(amiRNA)是一种高效的基因沉默技术,其原理是以植物内源miRNA的前体为基本骨架,将其茎环结构中的miRNA/miRNA*序列替换为amiRNA/amiRNA*序列,使产生的amiRNA作用于目标靶基因,以实现对靶基因表达的抑制。以拟南芥中转录因子基因MYB28为例,介绍了amiRNA的设计基本原理和构建方法。在MYB28基因序列的3'端、5'端和中间部分分别设计了amiRNA,以拟南芥内源的miRNA 319a前体为骨架,以靶向于MYB28的amiRNA序列替代原有的miRNA 319a序列,在拟南芥中过量表达,获得的转基因植株中MYB28表达水平平均降低了86%。根据试验结果对人工miRNA沉默基因技术的特点及应用前景进行了讨论。     

植物microRNA功能瞬时验证体系的建立

目的:建立植物microRNA(miRNA)功能的瞬时活体验证体系,并检验该体系的有效性。方法:选用双元表达载体pCAMBIA1200,并插入烟草花叶病毒双35S启动子,以驱动目标miRNA超表达;选用双元表达载体pFGC5941的绿色荧光蛋白(GFP)改造载体用于潜在的靶基因与GFP融合蛋白的超表达,以转入这2种载体的农杆菌侵染烟草叶片,观察GFP融合蛋白的荧光,作为验证miRNA对其潜在靶基因调控作用的瞬时验证体系。选取拟南芥已知功能的miR393及其靶基因AFB3,分别构建pCAMBIA1200-35S-miR393和pFGC5941-GFP-AFB3载体,利用农杆菌注射烟草叶片进行2个载体共转化,并以pFGC5941-GFP-AFB3单转化作为对照,激光共聚焦显微镜下观察融合蛋白的表达。结果:只将AFB3导入烟草表皮细胞,可观察到绿色荧光;而将miR393与AFB3同时导入烟草表皮细胞后,未能观察到绿色荧光。表明miR393抑制了AFB3的表达。结论:本瞬时表达体系可作为植物miRNA功能的活体瞬时验证体系,为miRNA调控靶基因表达功能提供简单、快速、有效的证据。     

microRNA 生物合成的调控进展--TGFβ/Smad 信号途径的作用

microRNA(miRNA)是一类非编码的小分子单链RNA,主要通过转录后抑制靶基因表达调节各种生物功能.miRNA表达水平在正常发育过程中以及在癌症及心血管疾病等各种疾病中发生变化.目前控制miRNA生物合成的信号途径以及调节机制尚未完全阐明.miRNA基因转录后在大蛋白复合体的介导下经一系列协调加工过程形成成熟的miRNA.近来发现转化生长因子B(TGFβ)信号途径的转导因子Smad蛋白在细胞核内调节miRNA的加工处理过程起重要作用.本文主要综述TGFB/Smad信号途径在miRNA生物合成中的调节作用.     

利用深度测序技术检测玉米根系和叶片中已知的microRNAs

microRNA(miRNA)是一类具有20～24nt核苷酸长度的非蛋白质编码的内源小分子RNA,它在植物生长发育和逆境胁迫响应等过程中发挥着重要作用。文章利用基于Illumina/Solexa原理的小分子RNA深度测序技术,结合生物信息学的方法对玉米根系和叶片中已知miRNA的类型、丰度及靶基因进行了分析。研究发现,在根系中共检测到92个已知的miRNA,分别属于18个miRNA家族,其表达丰度在1～105943之间;在叶片中,共发现86个已知的miRNA,分别属于17个miRNA家族,其表达丰度在1～85973之间。靶基因预测结果表明,根系中的18个miRNA家族共靶向54个蛋白,进一步的功能预测发现,这些基因涉及了转录调控、物质能量代谢、电子传递、胁迫响应和信号转导等过程。以上研究结果表明,就已知的miRNA而言,无论是miRNA的类型还是表达丰度,在玉米根系和叶片中都存在较大差异。     

马铃薯块茎形成相关基因STI-LIKE在拟南芥植株发育中的功能验证

马铃薯块茎的形成涉及一系列基因的表达和关闭。以马铃薯普通栽培品种"大西洋"为试验材料,采用RT-PCR扩增获得马铃薯STI-LIKE基因全长片段。RT-PCR定量分析表明,该基因在马铃薯营养器官中均有表达。生物信息学分析表明STI-LIKE蛋白具有3个TPR结构域,在高等植物中具有高同源性,是一个普遍存在的蛋白质。为验证STI-LIKE蛋白在拟南芥植株发育中功能,分别构建该基因强启动子表达载体(p BI121)和干扰载体(p HANNIBAL和p ART27),转化拟南芥获得了两种载体的拟南芥转基因植株,同时制备STI-LIKE蛋白抗体验证转基因植株蛋白表达。研究结果表明STI-LIKE基因可能参与拟南芥株型发育过程。