小RNA测序揭示miRNAs在油棕合子胚发育中的作用

摘要

油棕是世界上产油效率最高的热带木本油料作物,其棕榈油产量与合子胚发育密切相关。油棕的合子胚发育是一个系统且复杂的生物过程,其中涉及许多基因的精确调控。MicroRNAs(miRNAs)是重要的信号分子,调节植物的各种发育过程。一些miRNAs已经被整合到基因调控网络中协调植物胚发育的可塑性,但对于其在油棕合子胚发育过程中的作用知之甚少。本研究采用小RNA测序对油棕S1(早期)、S2(中期)和S3(晚期)的合子胚进行高通量测序分析,鉴定了6个已存在的和334个已知的miRNAs,并预测到376个新的miRNAs。其中97、102和19个miRNAs在S1与S2、S1与S3、S2与S3之间差异表达;从S1到S3共有7个miRNAs持续差异表达。另外,miRNAs在调控胚胎早期和晚期的发育差异明显,即与S1相比,S2有36个miRNAs上调和61个miRNAs下调,但与S2相比,S3只有12个miRNAs上调和7个miRNAs下调。依据表达量的变化将135个miRNAs划分为4种趋势,并将对应的938个靶基因与转录组数据进行关联分析,检测到71个miRNA靶基因对。GO富集分析显示7个miRNAs的9个靶基因富集到152个生物过程,且与生长发育相关的基因被鉴定为miRNAs的靶标,表明miRNAs可能在调控油棕胚发育的激素信号、生殖生长等生物学过程中发挥作用。另外,KEGG分析表明miRNAs通过调控次生代谢途径相关基因影响合子胚的成熟。进一步筛选出4个miRNAs家族参与植物激素的合成和信号传导调控:miR159-MYB调控赤霉素和脱落酸来维持胚的发生潜力以及诱导胚成熟,miR164-NAC调控乙烯和生长素参与胚细胞扩增,miR172-AP2调控乙烯和脱落酸诱导胚成熟,novel-m004-SPL调控赤霉素来诱导胚的形态建成。本研究初步鉴定了参与油棕合子胚发育相关的miRNAs,为后续研究miRNAs调控合子胚发育的分子机制奠定基础。