胡杨异形叶中转录因子鉴定及其在叶形态发生中的作用
胡杨具有典型的“异形叶性”,是研究叶发生机制的理想材料。本研究基于三代测序技术,以四种不同发育阶段的叶片作为研究对象,在胡杨的条形叶（Li）、披针形叶（La）、卵圆形叶（Ov）和宽卵圆形叶（Bo）中鉴定出大量的转录因子。为了研究这些转录因子（TFs）在胡杨异形叶（P.hl）形态发生中的作用,本研究不仅对这些转录因子在胡杨条形叶、披针形叶、卵圆形叶和宽卵圆形叶中的表达谱进行分析,而且基于竞争性内源RNA假说,构建了胡杨异形叶发生中转录因子的调控网络,同时发现这些转录因子还受到非编码RNA的调控。尤其是SPL转录因子家族可能在胡杨异形叶的形态发生中扮演着重要的角色。研究结果表明:（1）幼龄胡杨叶片几乎全部为条形叶,随着叶形的发育逐步转变为宽卵圆形叶,而在这个过程当中,叶片的长度和叶形指数随发育阶段的递进逐步减小,而叶宽却随着发育阶段的递进逐步变大。（2）在胡杨异形叶中鉴定出差异候选转录因子2132个,其中还发现了28个差异表达的新转录因子。我们通过转录因子的表达模式与叶片极性一致性关联分析,最终鉴定出118个与胡杨异形叶形态发生相关的转录因子。GO注释表明这些转录因子在胡杨异形叶中可能参与了代谢过程、调控叶片形态发育、信号转导、盐应激以及调控激素含量的变化等多种生物学功能。此外转录因子调控叶形发育的同时,自身还受到非编码RNA的影响。另外,本研究证明了胡杨异形叶中与转录因子相关的circRNA的存在,并且转录因子、circRNA以及miRNA之间相互作用共同调控胡杨叶形态的发生。因而胡杨叶形态的发生不仅受外界环境因素的影响,还受其体内复杂调控机制的调控,进一步证实了转录因子在胡杨异形叶形态发生中起着重要的调控作用。（3）本研究在胡杨异形叶中鉴定和表征了33个SPL转录因子,其表达模式表现出大部分SPL转录因子在条形叶（Li）中下调表达,而在宽卵圆形叶（Bo）中大部分则呈现出上调表达的趋势,而在披针形叶（La）和卵圆形叶（Ov）这两种过度叶形中表达模式基本一致。通过系统进化关系,本研究发现胡杨SPL转录因子与拟南芥SPL转录因子具有很高的同源性。保守结构域剖析发现胡杨异形叶中SPL转录因子可能存在基因的功能分化。另外,在胡杨异形叶中miR156被发现可以调控SPL转录因子的表达,同时也存在着ceRNA（circRNA,lncRNA）-miR156-SPL的复杂调控机制。但是这些调控通路主要以间接而非直接的方式参与调控SPL转录因子的表达,进而参与调控盐应激、叶片中激素含量的变化、叶片极性的建成以及叶发育、幼叶营养阶段向生殖营养阶段的转变、信号转导和胡杨叶片的光合作用等生物学功能来影响胡杨异形叶形态的发生。总之,本研究从胡杨异形叶的四种特异性叶片特征入手来研究转录因子在胡杨异形叶中的作用,通过生物信息学分析,我们在胡杨异形叶中鉴定和表征出了2132个差异表达的转录因子,其中118个转录因子与胡杨异形叶形态发生密切相关,可能参与胡杨叶片的不同极性建成。此外这些转录因子调控胡杨叶片形态发育的同时,还可能受到非编码RNA的调控,circRNA可以通过诱骗miRNA来影响胡杨异形叶中转录因子的表达,因此我们的研究结果为进一步研究植物叶形发育提供了理论依据。
- 作者：
- 包亮红
- 学位授予单位：
- 塔里木大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 赵利峰
- 中图分类号：
- S792.11
- 关键词：
- 胡杨；异形叶性；三代测序；转录因子；circRNA；调控网络；SPL
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- 基金项目：
- 国家自然科学基金项目"基于高通量测序技术的转录因子、小分子 RNA 在胡杨异形叶发生中作用分析"的部分研究成果(项目编号:31260275),课题主持人:赵利峰教授(塔里木大学)