植物的microrna的特性及功能（如何写植物miRNA的讨论）
植物的microrna的特性及功能（如何写植物miRNA的讨论）目标注释分数目标基因相对表达水平 log2 (TL/CL)目标起始位置
Combined small RNA and gene expression analysis revealed roles of miRNAs in maize response to rice black-streaked dwarf virus infection结合小 RNA 和基因表达分析揭示 miRNA 在玉米对水稻黑条矮缩病毒感染的反应中的作用
近年来，高通量测序方法已成为全球转录组和miRNA组分析的有力技术。它已广泛应用于许多植物物种。在这里，我们在 RBSDV 感染前后使用相同的样本同时分析了 miRNA 和基因表达。通过分析miRNA与其靶基因之间的关系，鉴定出12对miRNA-mRNA对病毒感染的反应表现出相反的表达模式（表 3）。
表3响应 RBSDV 感染的潜在 miRNA/目标玉米对。
|
miRNA家族 |
miRNA名称 |
目标基因 |
相对表达水平 log2 (TL/CL) |
目标起始位置 |
分数 |
目标注释 | |
|
miRNAs |
目标 | ||||||
|
已知的miRNA | |||||||
|
MiR529 |
zma-miR529–5p |
GRMZM2G160917 |
4.23 |
−1.2 |
1069–1088 |
2 |
鳞状细胞启动子结合样蛋白 12 |
|
zma-miR529–5p |
GRMZM2G061734 |
4.23 |
−1.7 |
936–956 |
2.5 |
鳞状启动子结合样蛋白 18 | |
|
zma-miR529–5p |
GRMZM2G126018 |
4.23 |
−3.04 |
774–794 |
2.5 |
鳞状细胞启动子结合样蛋白 17 | |
|
MiR528 |
zma-miR528b-5p |
GRMZM2G045955 |
3.97 |
−1 |
1261–1280 |
2.5 |
玉米抗锈蛋白 rp3-1 |
|
MiR408 |
zma-miR408b-3p |
GRMZM2G331566 |
4.62 |
−1.84 |
174–193 |
3 |
内切葡聚糖酶 |
|
MiR399 |
zma-miR399d-5p |
GRMZM2G310674 |
1.98 |
−1.57 |
405–425 |
3 |
RNA核酸外切酶1 |
|
MiR398 |
zma-miR398b-5p |
GRMZM2G448151 |
2.66 |
−1.87 |
881–901 |
3 |
小亚基核糖体蛋白 S3 |
|
MiR156 |
zma-miR156k-5p |
GRMZM2G061734 |
1.64 |
−1.7 |
941–961 |
1 |
鳞状启动子结合样蛋白 18 |
|
zma-miR156k-5p |
GRMZM2G160917 |
1.64 |
−1.2 |
812–831 |
1 |
鳞状启动子结合样蛋白 14 | |
|
候选的新型 miRNA | |||||||
|
zma-miRn53 |
GRMZM2G076468 |
1.04 |
−4.12 |
632–651 |
2 |
细胞周期蛋白-P4–1 | |
|
zma-miRn138 |
GRMZM2G160917 |
1.66 |
−1.2 |
814–834 |
3 |
鳞状启动子结合样蛋白 14 | |
|
zma-miRn194 |
GRMZM2G484653 |
1.15 |
−1.31 |
102–121 |
2 |
未知 | |
在水稻中，miR156/miR529 和SQUAMOSA PROMOTER BINDING LIKE PROTEIN (SPL) 基因构成了一个时空协调的基因网络，在分蘖和穗分枝中起着重要的调节作用。
植物 SPL 基因参与叶片发育、赤霉素反应、光信号、铜稳态、胁迫反应，并积极调节花序分生组织。
我们发现miR529在病毒感染样本中上调，其三个靶基因（SPL基因）在玉米感染病毒后表达均下调。这些结果与病毒感染玉米的显着表型变化相吻合，包括叶片形态异常、矮化、营养和生殖生长异常。
miR528 的一个靶基因在 RBSDV 感染后下调，与玉米锈病抗性蛋白 rp3-1 高度同源，RP3-1 是由高粱31引起的玉米锈病抗性的重要防御基因。
miR408b-3p的靶基因之一是内切葡聚糖酶，它催化纤维素的水解。我们的结果表明 miR408b-3p 显着上调，而其靶基因在病毒感染后下调。
此外，miR399d-5p、miR398b-5p和miR156k的表达趋势与其靶基因呈负相关。鉴定了三个新的 miRNA-mRNA 对，其中 GRMZM2G076468 编码细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶 (Cyclin-P4-1)，是 zma-miRn53 的靶标。GRMZM2G160917 是一个 SPL 基因，受 zma-miRn138 调控。Zma-miRn194 靶向 GRMZM2G484653，一个注释为未知功能的基因
图 7 miRNA 及其靶标在玉米对 RBSDV 反应中的潜在调节作用。
越来越多的证据表明，许多植物内源性miRNA对病原真菌和病毒感染有反应，并在植物抗病性中发挥重要作用，如miR398、miR160 16、miR482、miR2118 17和miR472 18。感染稻瘟病菌后，水稻 miR398 在易感和抗性系中均被诱导表达，而 miR160 仅在抗性系中被诱导，miR160a 或 miR398b 的过表达可增强水稻对该病的抗性16。在这里，我们发现 miR398 的积累在 RBSDV 感染后被显着诱导至更高水平，而 miR160a 在 RBSDV 感染后降低（补充表 S3，图 3）。 7）。miR160和miR398在感病玉米品种B73感染病原菌后与水稻感病品系的表达趋势一致。这些结果表明 miR160 和 miR398 可能在玉米抗病性中发挥重要作用。此外，miR482、miR2118 和 miR472 通过负调控 R 基因17、18促进植物免疫。然而，miR2118 的表达水平非常低，而在我们的数据集中未检测到 miR482 和 miR472。
参与侏儒症状的基因表达感染RBDSV后，玉米的生长发育出现严重异常，如矮化、叶片深绿色，多数情况下不能完成生殖生长。显示植物的高度与细胞壁的组成相关，细胞壁的组成与纤维素、木质素、半纤维素和果胶的代谢和生物合成有关。纤维素是一大类多糖，是植物细胞壁的主要成分，与植物防御密切相关. 我们鉴定了多种参与细胞壁合成和降解的基因家族，当玉米感染 RBSDV 时，这些基因的表达发生了改变。这些基因包括 13 个纤维素合酶、7 个内切葡聚糖酶、2 个糖苷转移酶、1 个糖基转移酶、5 个果胶相关基因、3 个葡糖苷酶、半乳糖醛酸酶、1 个推定的混合连接葡聚糖合酶和 1 个富含甘氨酸的细胞壁结构蛋白基因。纤维素合成酶是纤维素合成系统中重要的重要酶。在本研究中，病毒感染后，九个纤维素合酶基因被上调，三个纤维素合酶基因被下调。内切葡聚糖酶是一种催化纤维素水解的特异性酶，7个内切葡聚糖酶编码基因的表达发生改变，5个上调，2个下调（表 4）。β-葡萄糖苷酶催化糖苷键的水解，多种激素和防御化合物的糖苷结合物可被β-葡萄糖苷酶水解。在这里，我们发现三种 β-葡萄糖苷酶在 RBSDV 感染后上调。编码 β-葡萄糖苷酶 18 基因的基因被上调了近 30 倍。β-葡萄糖苷酶表达上调可能导致防御化合物降解，进而导致玉米防御系统崩溃。
表 4响应 RBSDV 感染的细胞壁合成和降解相关基因的表达谱。
|
基因标识 |
注解 |
log2(TL/CL) |
表达趋势 |
|
纤维素合酶 | |||
|
GRMZM2G111642 |
纤维素合酶5 |
0.918326826 |
向上 |
|
GRMZM2G018241 |
纤维素合酶-9 |
0.964970747 |
向上 |
|
GRMZM2G424832 |
纤维素合酶-4 |
0.728567596 |
向上 |
|
GRMZM2G378836 |
纤维素合酶 A 催化亚基 6 |
2.180462068 |
向上 |
|
GRMZM2G112336 |
纤维素合酶 A 催化亚基 10 |
1.787277899 |
向上 |
|
GRMZM2G122431 |
纤维素合成酶样蛋白 |
0.785875406 |
向上 |
|
GRMZM2G027723 |
纤维素合酶 A 催化亚基 2 |
1.04980425 |
向上 |
|
GRMZM2G028353 |
纤维素合酶-7 |
1.166988119 |
向上 |
|
GRMZM2G025231 |
纤维素合酶7 |
1.535744163 |
向上 |
|
GRMZM2G339645 |
纤维素合成酶样 |
−0.706432842 |
下 |
|
GRMZM2G142898 |
纤维素合酶 A 催化亚基 7 |
−1.05281387 |
下 |
|
GRMZM5G876395 |
纤维素合酶 A 催化亚基 3 |
−0.971682697 |
下 |
|
GRMZM2G014558 |
纤维素合酶样蛋白E6 |
−0.739728946 |
下 |
|
葡聚糖酶 | |||
|
GRMZM2G125991 |
内切葡聚糖酶7 |
1.288855833 |
向上 |
|
GRMZM2G154678 |
内切葡聚糖酶16 |
2.481411225 |
向上 |
|
GRMZM2G482256 |
内切葡聚糖酶5 |
0.73974828 |
向上 |
|
GRMZM2G147849 |
内切 1 4-β-葡聚糖酶 Cel1 |
0.677179814 |
向上 |
|
GRMZM2G147849 |
内切 1 4-β-葡聚糖酶 |
0.677179814 |
向上 |
|
GRMZM2G076348 |
内切 1 3;1 4-β-D-葡聚糖酶 |
−0.741829982 |
下 |
|
GRMZM2G331566 |
内切葡聚糖酶 |
−1.836085972 |
下 |
|
Glycoside transferase | |||
|
GRMZM2G178025 |
glycoside transferase |
1.034966325 |
up |
|
AC199765.4_FG008 |
glycoside transferase |
0.971121742 |
up |
|
Glycosyltransferase | |||
|
GRMZM2G028286 |
xyloglucan glycosyltransferase 10 |
1.213435877 |
up |
|
Pectin related | |||
|
GRMZM2G131912 |
pectate lyase 8 |
−0.684198742 |
down |
|
GRMZM2G043415 |
pectinesterase |
−1.700156416 |
down |
|
GRMZM2G019411 |
pectinesterase-1 |
−0.593443161 |
down |
|
GRMZM2G455564 |
pectinesterase 8 |
−0.755441006 |
down |
|
GRMZM2G012328 |
pectinesterase inhibitor |
−1.107158277 |
down |
|
Glucosidase | |||
|
GRMZM2G031628 |
Beta-glucosidase 18 |
4.935523594 |
up |
|
GRMZM2G148176 |
Beta-glucosidase 8 |
1.810324677 |
up |
|
AC234160.1_FG003 |
Beta-glucosidase 1 |
1.014596947 |
up |
|
Galacturonase | |||
|
GRMZM2G026855 |
polygalacturonase |
0.796011447 |
up |
|
GRMZM2G333980 |
polygalacturonase inhibitor 1 |
0.952508693 |
up |
|
GRMZM2G004435 |
polygalacturonase |
1.153591577 |
up |
|
GRMZM2G121312 |
polygalacturonase inhibitor 2 |
1.257111081 |
up |
|
GRMZM2G052844 |
polygalacturonas |
2.586290183 |
up |
|
GRMZM2G467435 |
polygalacturonas |
0.933885674 |
up |
|
GRMZM2G002034 |
polygalacturonas |
0.785210875 |
up |
|
GRMZM2G038281 |
β-半乳糖苷酶 3 |
2.386748111 |
向上 |
|
GRMZM2G178106 |
β-半乳糖苷酶 5 |
1.966547727 |
向上 |
|
GRMZM2G417455 |
β-半乳糖苷酶 3 |
−1.253589062 |
下 |
|
GRMZM2G127123 |
β-半乳糖苷酶 4 |
−0.841155087 |
下 |
|
GRMZM2G170388 |
多聚半乳糖醛酸酶前体 |
−0.726971784 |
下 |
|
GRMZM2G167786 |
多聚半乳糖醛酸酶抑制剂 1 |
−1.296047742 |
下 |
|
GRMZM2G030265 |
外多聚半乳糖醛酸酶 |
−1.09989177 |
下 |
|
GRMZM2G174708 |
多聚半乳糖醛酸酶抑制剂 1 前体 |
−2.018772527 |
下 |
|
其他与细胞壁结构相关的基因 | |||
|
GRMZM2G103972 |
推定的混合连接葡聚糖合酶 1 |
−1.363662044 |
下 |
|
GRMZM2G109959 |
富含甘氨酸的细胞壁结构蛋白 |
2.392335992 |
向上 |
植物高度受激素调节，例如赤霉素 (GAs)、生长素 (IAA) 和油菜素类固醇36 – 38。在玉米中，对株高有较大影响的基因已被很好地表征，其中大部分与激素合成、转运和信号传导有关，例如，brachytic2 38、dwarf3 39和nana plant1 40. 本研究共有17个GA生物合成和信号基因在RBDSV感染后上调或下调，包括2个DELLA蛋白基因、4个赤霉素2-β-双加氧酶基因、7个赤霉素受体GID1基因、2个赤霉素20氧化酶基因（ GA20ox) 基因、一种几丁质诱导型赤霉素反应基因和一种对赤霉素刺激基因的推定反应（表 5）。生长素在调节植物生长发育中起重要作用，也被认为是植物抗病性的负调节剂41 42。响应RBDSV感染，许多生长素合成和转运相关基因的表达被警告。其中，7个和4个生长素响应因子（ARF）基因在RBDSV感染后分别上调和下调（表 5）。例如，编码ARF21基因的 GRMZM2G390641 受 zma-miR160d-5p 和 miRn91 调控（补充表 S5 - S6）。
表 5赤霉素和生长素相关基因响应 RBSDV 感染的表达谱。
|
基因标识 |
注解 |
log2(TL/CL) |
表情趋势 |
|
德拉 | |||
|
GRMZM2G001426 |
DELLA蛋白 |
0.880628985 |
向上 |
|
GRMZM2G013016 |
DELLA蛋白 |
0.828562365 |
向上 |
|
赤霉素 2-β-双加氧酶 | |||
|
GRMZM2G152354 |
赤霉素2-β-双加氧酶 |
1.370160759 |
向上 |
|
GRMZM2G031432 |
赤霉素2-β-双加氧酶 |
2.637072082 |
向上 |
|
GRMZM2G051619 |
赤霉素2-β-双加氧酶 |
3.010518964 |
向上 |
|
GRMZM2G006964 |
赤霉素 2-β-双加氧酶 8 |
−1.351721572 |
下 |
|
赤霉素受体 GID1 | |||
|
GRMZM2G301934 |
赤霉素受体 GID1L2 |
1.559501317 |
向上 |
|
GRMZM2G420786 |
赤霉素受体 GID1L2 |
0.693598092 |
向上 |
|
GRMZM2G111421 |
赤霉素受体 GID1L2 |
0.701789901 |
向上 |
|
GRMZM2G173630 |
GID1样赤霉素受体 |
0.740894975 |
向上 |
|
GRMZM2G016605 |
赤霉素受体 GID1 |
1.446037371 |
向上 |
|
GRMZM2G049675 |
赤霉素受体 GID1L2 |
0.860587685 |
向上 |
|
GRMZM5G831102 |
赤霉素受体 GID1L2 前体 |
−0.623988411 |
下 |
|
赤霉素20氧化酶 | |||
|
GRMZM2G050234 |
赤霉素20氧化酶 |
2.41338231 |
向上 |
|
AC203966 .5_FG005 |
赤霉素20氧化酶1 |
1.916779027 |
向上 |
|
其他与赤霉素相关的基因 | |||
|
GRMZM2G098517 |
几丁质诱导赤霉素反应 |
0.705234195 |
向上 |
|
AC205471 .4_FG007 |
未知（对赤霉素刺激的反应） |
3.204932625 |
向上 |
|
生长素反应因子 (ARF) | |||
|
GRMZM2G028980 |
生长素反应因子 16 (ARF16) 基因 |
1.151955362 |
向上 |
|
GRMZM2G081158 |
生长素反应因子 9 (ARF9) 基因 |
1.65654925 |
向上 |
|
GRMZM2G153233 |
生长素反应因子 2 (ARF2) 基因 |
1.413686542 |
向上 |
|
GRMZM2G073750 |
生长素反应因子 9 (ARF9) 基因 |
0.732854439 |
向上 |
|
GRMZM2G703565 |
生长素反应因子 5 (ARF5) 基因 |
1.991605559 |
向上 |
|
GRMZM2G035405 |
生长素反应因子 18 (ARF18) 基因 |
1.186726815 |
向上 |
|
GRMZM2G078274 |
生长素反应因子 3 (ARF3) 基因 |
0.743864138 |
向上 |
|
GRMZM2G034840 |
生长素反应因子 4 (ARF4) 基因 |
−1.391198729 |
下 |
|
GRMZM2G390641 |
生长素反应因子 21 (ARF21) 基因 |
−0.790919233 |
下 |
|
GRMZM2G137413 |
生长素反应因子 14 (ARF14) 基因 |
−0.720913025 |
下 |
|
GRMZM2G437460 |
生长素反应因子 12 (ARF12) 基因 |
−0.975080801 |
下 |
|
其他生长素反应基因 | |||
|
GRMZM2G154332 |
SAUR12-生长素响应 |
1.109550229 |
向上 |
|
GRMZM2G057067 |
IAA6-生长素响应 |
0.961062035 |
向上 |
|
GRMZM2G138268 |
生长素反应蛋白 |
0.89357466 |
向上 |
|
GRMZM5G864847 |
IAA16-生长素响应 |
0.784317249 |
向上 |
|
GRMZM5G835903 |
SAUR55-生长素响应 |
−0.84926364 |
下 |
|
GRMZM2G343351 |
SAUR44-生长素响应 |
−0.882790627 |
下 |
|
GRMZM2G465383 |
SAUR25-生长素响应 |
−1.212035079 |
下 |
|
IAA合成 | |||
|
GRMZM2G053338 |
吲哚-3-乙酸酰胺合成酶 (GH3) |
3.923877451 | |
|
生长素转运蛋白样蛋白 | |||
|
GRMZM2G126260 |
生长素外排载体 PIN10a (PIN10a) |
1.74186011 |
向上 |
|
GRMZM2G025742 |
生长素外排载体组分 6 |
−1.948711258 |
下 |
|
GRMZM2G098643 |
生长素外排载体 |
−0.830424288 |
下 |
|
GRMZM2G382393 |
生长素外排载体家族蛋白 |
−1.373387099 |
下 |
|
GRMZM2G171702 |
生长素外排载体 PIN1d (PIN1d) 基因 |
−0.772559276 |
下 |
|
GRMZM2G025659 |
生长素外排载体 PIN5a (PIN5a) 基因 |
−1.188365531 |
下 |
|
GRMZM2G175983 |
生长素外排载体 PIN5a (PIN5a) 基因 |
−2.788212274 |
下 |
|
GRMZM2G149481 |
生长素转运蛋白样蛋白3 |
−2.689255972 |
下 |
生长素极性运输是植物的地方生长素梯度的形成和维持所必需的。生长素外排载体PIN家族基因在生长素极性转运中起重要作用。PIN 基因功能的丧失严重影响了器官的启动。例如，生长素转运缺陷突变体br2和sem1表现出矮小的表型和脉管系统缺陷。在这里，病毒感染后七个生长素外排载体基因的表达水平降低。生长素外排载体蛋白基因表达的降低可能是导致玉米感染RBDSV后出现矮化表型的主要原因。
总之，我们在玉米中鉴定了 302 个 miRNA 和 351 个潜在的靶基因。81 种 miRNA 的表达模式在 RBSDV 感染后显着不同。结合小 RNA 和基因表达分析确定了 12 对具有相反表达模式的 miRNA-mRNA 对病毒感染的反应，其中 6 对可能在玉米病害症状的形成中发挥重要作用。这项研究提供了对 miRNA 在响应 RBSDV 中的作用的深入了解，并有助于开发作物抗病毒感染的新策略。
