不結(jié)球白菜基因組數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建及蕓薹屬作物microRNA和EST-SSR數(shù)據(jù)的挖掘與分析.pdf

1、不結(jié)球白菜（Brassica campestris ssp.chinensis Makino）是十字花科蕓薹屬中最重要的蔬菜作物之一，原產(chǎn)中國，不僅營養(yǎng)豐富而且具有適應(yīng)性廣及生長迅速等特點，在中國、韓國、日本等東亞國家普遍栽培，近年來歐美等國家也廣泛引種并逐漸成為世界性的重要蔬菜。目前不結(jié)球白菜的分子生物學(xué)研究相對于其他模式植物相對滯后，主要是由于沒有獲得不結(jié)球白菜的基因組序列信息，因此構(gòu)建不結(jié)球白菜的基因組數(shù)據(jù)庫具有重要意義，這不僅有

2、利于探明不結(jié)球白菜基因的功能，促進(jìn)我國蔬菜品種改良和種質(zhì)創(chuàng)新，也為深入了解不結(jié)球白菜的起源和進(jìn)化、豐富的自然變異提供重要的生物學(xué)和遺傳學(xué)基礎(chǔ)。本研究構(gòu)建了不結(jié)球白菜基因組數(shù)據(jù)庫，并利用NCBI公共數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，對蕓薹屬作物大白菜和甘藍(lán)的miRNA和EST-SSR數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與分析，并對其中的部分miRNA在不結(jié)球白菜和青花菜中進(jìn)行了實時定量PCR實驗驗證。本研究結(jié)果如下:
　　 1.不結(jié)球白菜基因組數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建
　　

3、目前不結(jié)球白菜全基因組序列信息已經(jīng)獲得，但還沒有一個供研究人員使用和查詢的數(shù)據(jù)庫平臺，因此構(gòu)建不結(jié)球白菜的基因組數(shù)據(jù)庫具有重要意義。本研究運用生物信息學(xué)技術(shù)，采用IBM高性能計算服務(wù)器，對不結(jié)球白菜基因組測序數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，利用Linux、 MySQL、Apache、PHP等軟件搭建了服務(wù)器運行環(huán)境和網(wǎng)站，構(gòu)建了不結(jié)球白菜基因組數(shù)據(jù)庫，并提供基因組瀏覽、序列比對與查詢、生理數(shù)據(jù)和形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)查詢、品種圖片資料瀏覽、序列下載等功能。

4、>　　 2.大白菜保守microRNA和靶基因的預(yù)測與鑒定
　　 利用比較基因組學(xué)方法，共找到168個大白菜保守的miRNA分子，這168個miRNA隸屬于38個miRNA家族。這些miRNA來自于22條EST序列和119條GSS序列，其中miRNA1533、miRNA156和miRNA2911家族包含的miRNA成員數(shù)量最多。通過生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，有129個miRNA作用于1，386個大白菜EST靶基因，這些靶基因參與多個

5、生物和代謝過程，包括代謝、細(xì)胞增長、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、脅迫響應(yīng)和植物發(fā)育等?；诎谢虻木幋a蛋白進(jìn)行GO分析表明，有688、532、287個基因分別隸屬于分子功能、生物過程和細(xì)胞組分。KEGG分析表明大白菜miRNA靶基因參與了214個代謝途徑，包括植物-病原菌相互作用、脂肪酸代謝、氨基酸代謝、硝酸鹽代謝和植物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等。
　　 3.不結(jié)球白菜miRNA組織特異性表達(dá)及其在低溫條件下的表達(dá)情況
　　 采用實時定量PCR技術(shù)，對部

6、分大白菜miRNA在不結(jié)球白菜自交系‘蘇州青’成熟期階段的根、莖、葉、花等4個組織進(jìn)行表達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)大白菜miRNA在不結(jié)球白菜不同組織中表達(dá)存在差異，其中bra-miR390、bra-miR529和bra-miR845都是在花中表達(dá)量最高，在根中表達(dá)量最低;bra-miR398和bra-miR414在葉中的表達(dá)量最高，在根中的表達(dá)量最低。另外還對低溫處理下不結(jié)球白菜葉片中miRNA的表達(dá)情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)bra-miR390、bra-

7、miR156、bra-miR158和bra-miR162等9個miRNA在低溫處理后，其在葉片中的表達(dá)量呈上升的趨勢，bra-miR529和bra-miR167則表達(dá)量下降，其余miRNA表達(dá)量在處理前后沒有差異。
　　 4.甘藍(lán)microRNA和靶基因的預(yù)測與鑒定
　　 利用計算分析和比較基因組學(xué)的方法，共預(yù)測到193個甘藍(lán)保守miRNA，這193個miRNA隸屬于70個miRNA家族，分別來自于甘藍(lán)17條EST序列和

8、152條GSS序列，其中miR169、miR5021、miR156和miR158家族包含的miRNA數(shù)量最多。這其中有36個miRNA家族是首次在蕓薹屬作物中發(fā)現(xiàn)。通過分析發(fā)現(xiàn)175個miRNA共作用于1，393個甘藍(lán)靶基因。通過實時定量PCR和RLM-5'RACE實驗，對部分miRNA及其靶基因在青花菜中進(jìn)行表達(dá)分析，結(jié)果驗證了miRNA及其靶基因之間的關(guān)系。對靶基因進(jìn)行功能注釋發(fā)現(xiàn)這些基因參與多個生物和代謝途徑，包括信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、脅迫響

9、應(yīng)和植物發(fā)育等。Gene Ontology分析表明有818、514和265個基因分別隸屬于分子功能、細(xì)胞過程和細(xì)胞組分。KEGG分析揭示了這些靶基因調(diào)控了186個代謝途徑，包括脂質(zhì)、能量、淀粉和蔗糖、脂肪酸和硝酸鹽等代謝途徑。
　　 5.蕓薹屬EST-SSR分子標(biāo)記的開發(fā)
　　 本研究中，對1，017，392個蕓薹屬作物EST進(jìn)行SSR分析，共找到25，631個EST-SSR分子標(biāo)記。EST中SSR的平均長度為25 bp