与非编码RNA和剪接变异相关的氮胁迫耐受性：对马铃薯生长发育的启示

《Journal of Plant Growth Regulation》：Noncoding RNAs and Splicing Variants Associated with Nitrogen Stress Tolerance: Insights into Growth and Development in Potato

摘要

马铃薯的生长在很大程度上取决于土壤中养分的可用性以及植物的相关基因组学特性。本研究旨在揭示马铃薯植株在氮胁迫条件下的基因组学特征。研究鉴定了Kufri Gaurav品种的马铃薯茎、根和匍匐茎组织在高氮和低氮胁迫条件下差异表达的长非编码RNA（DE-lncRNAs）、差异表达的环状RNA（DE-circRNAs）以及可变剪接（AS）事件，并探讨了它们在调节与氮利用效率（NUE）、生长发育和产量相关基因中的作用。通过计算机模拟分析，共鉴定出269个DE-lncRNAs、26个DE-circRNAs和20,625个AS基因。其中一些DE-lncRNAs靶向与氮相关的基因（如L-天冬酰胺酶、泛素折叠修饰因子），而其余的则参与代谢途径和次生代谢产物的生物合成。共有12个DE-lncRNAs通过实时定量PCR得到验证，证实它们参与了块茎形成、生长发育、脂质稳态和氮重新分配等代谢过程。从相互作用的角度研究了作为miRNA“海绵”的竞争性内源性RNA（ceRNAs）。研究发现，DE-circRNAs上存在42个miRNA响应元件（MREs），DE-lncRNAs上存在31个miRNA响应元件（MREs）。有趣的是，有5个参与蛋白质运输、铁稳态和适应性生长的miRNA被预测同时被DE-lncRNAs和DE-circRNAs吸收。此外，还鉴定出调控氮相关酶（如扁桃腈裂解酶、硝酸盐转运蛋白和碳氮水解酶）的内部核糖体进入位点（IRES）和AS基因，这些基因可能对作物氮利用效率（NUE）和产量有重要影响。基于这些研究结果，开发了一个用户友好的信息系统，并将其提供给马铃薯育种家和遗传学家使用，网址为：https://potatotransdb.rf.gd/。我们的发现有助于理解氮胁迫条件下调控元素的作用，并通过标记辅助育种手段实现改善农艺性状的目标。