同源四倍体水稻花粉发育过程MicroRNAs表达谱

【作者】 李翔； 夏娟； 陈志雄； 陆紫君； 刘向东；

【机构】 华南农业大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室；

【摘要】 开花植物中的花粉发育过程涉及稳定的遗传信息调控机制,包括基因表达模式,甲基化组蛋白调控和miRNAs途径。水稻加倍为同源四倍体后,与原种相比在农艺性状上发生了改变,最显著的改变是育性降低。然而,至今关于同源四倍体水稻花粉发育过程的miRNAs研究却鲜有报道。本研究利用水稻品种02428-2x及其经秋水仙素加倍成的相应四倍体材料02428-4x,对其花粉发育过程进行系统的细胞学和miRNAs表达谱的研究。与02428-2x相比,02428-4x的可育花粉率与结实率显著降低,分别为57.32%与15.65%;花粉发育过程出现多种异常现象,主要表现为:花药间时期发育不同步;减数分裂期的纺锤体异常,染色体落后,染色体分离不同步,细胞不对称分裂;)单核小孢子时期出现细胞畸形、大小不一致等现象。miRNAs测序分析结果显示,02428-.4x在花粉发育四个时期(间期,减数分裂期,单核小孢子期,二胞晚期)中共筛选出542个miRNAs,其中163个为新的候选miRNAs,四个时期分别为341、296、301和386个。157个miRNAs在两份材料四个时期中共表达,与花粉发育密切相关。与02428-2x相比,共有321个miRNAs差异表达,分别有37、46、57和82个miRNAs在花粉四个时期中特异差异表达;对差异miRNLAs的靶基因进行GO富集,主要涉及生殖、转录因子活性、DNA结合和解剖结构发育等途径。另外发现包括miRl59在内的花粉发育相关的miRNAs在相应时期差异表达。综合细胞学与miRNAs表达谱结果表明,02428-2x加倍后,花粉发育过程miRNAs表达水平发生动态变化,miRNAs表达模式复杂;miRNAs的差异表达调控基因表达网络,导致四倍体水稻在花粉发育过程中出现异常现象,最终导致育性降低。更多还原