低溫脅迫下水稻苗期低溫失綠突變體 cisc(ta) 的miRNA表達譜分析

龔曉平 張致力

摘要 [目的]鑒定水稻耐冷相關功能基因、解析其調控耐冷性的分子機制。[方法]以耐冷秈稻材料“P1211”和冷敏型秈稻突變體 cisc（ta） 為試驗材料，進行了低溫脅迫處理和水稻幼苗轉錄組測序分析。[結果]冷敏型突變體 cisc（ta） 低溫脅迫處理后共有4 542個差異表達基因，其中有3 673個基因上調，869個基因下調。在冷敏突變體 cisc（ta） 的差異表達基因中篩選到一些與低溫脅迫相關的典型基因，如基本的螺旋-環-螺旋（bHLH）、活性氧清除（SOD1）和富亮氨酸重復序列（LRR）等調控基因，此外，還篩選出一些與生長素、脫落酸（ABA）、赤霉酸（GA）和冷應激反應調控（DREB/CBF）等相關的基因。為了確認RNA-seq數據，隨機選擇差異表達基因進行實時熒光定量 PCR（qRT-PCR）表達分析，結果與這些基因的RNA-seq表達測定一致，證實了RNA-seq 數據的準確性。[結論]該研究為水稻耐冷機理的研究和篩選水稻遺傳改良有用的候選基因奠定基礎。

關鍵詞 水稻（ ?sativa ?L.）;低溫脅迫;耐冷性;表達分析

中圖分類號 Q 943.2? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）19-0090-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.19.022

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Analysis of miRNA Expression Profiles of a Cold-induced Seedling Chlorosis Gene（ cisc（ta） ） in Rice under Cold Stress

GONG Xiao-ping， ZHANG Zhi-li

（Yudongnan Academy of Agricultural Sciences，Chongqing 408000）

Abstract [Objective]To identify genes for cold tolerance and understand its underlying molecular mechanism of its regulation of cold tolerance.[Method]In the present study，a cold tolerance variety‘P1211and a cold sensitive variety ‘ cisc（ta） were used for transcriptomics analysis under low temperature stress.[Result]The results showed that in response to cold，a total of 4 542 differentially expressed genes （DEGs） were detected in ?cisc（ta） ，including 3 673 up-regulated and 869 down-regulated genes.Many common and special DEGs were analyzed in ?cisc（ta） .Some typical genes related to cold stress such as the basic helix-loop-helix （bHLH） gene，superoxide dismutase（SOD1）and leucine-rich repeat （LRR） domain gene etc.In addition，some genes related to several plant hormones such as auxin，abscisic acid （ABA），gibberellic acid （GA） and dehydration responsive element binding protein/C-repeat binding factor （DREB/CBF） were identified.To confirm the RNA-seq data，qRT-PCR were performed on 7 randomly selected DEGs.The expression patterns of RNA-seq on these genes corresponded with the qRT-PCR method，which further confirmed the accuracy of RNA-seq results.[Conclusion]This study provides some insights into the cold tolerance mechanism and digging out useful candidate genes for genetic improvement in rice.

Key words Rice;Low temperature stress;Cold tolerance;Expression analysis

基金項目 重慶市基礎研究與前沿探索項目（cstc2018jcyjAX0447）。

作者簡介 龔曉平（1980—），男，重慶人，副研究員，博士，從事水稻遺傳育種、分子生物學研究。*通信作者，研究員，從事水稻遺傳育種研究。

收稿日期 2021-02-13

鑒定水稻耐冷性新的基因，揭示水稻耐冷性可能的分子機制，開展耐冷性新種質創制和新品種選育是解決水稻低溫冷害的根本途徑。水稻在長期的自然進化和人工馴化過程中形成了復雜而高效應對低溫脅迫的內部調控機制，以抵御和適應低溫脅迫[1]。近年來，隨著高通量測序技術的迅速發展，全基因組表達分析已被廣泛應用于水稻耐逆功能基因組學研究，為植物耐逆相關基因鑒定和分子機制研究提供詳實、深度的數據[2]。Wang等[3]通過對耐寒水稻的轉錄組分析，鑒定了121個冷脅迫處理誘導的基因，發現活性氧（ROS）-bZIP1調節因子在冷脅迫的早期反應中發揮重要作用。Zhang等[4]通過對耐寒水稻LTH和冷敏感水稻IR29轉錄組的比較，發現耐寒基因型中許多抗逆基因的表達均在冷處理后上調。進一步分析表明，C-repeat binding factor （CBF）和MYBS3調節因子與水稻對冷脅迫的耐受性相關。Yang等[5]對耐寒水稻TNG67和耐寒水稻TCN1的低溫響應進行了轉錄組比較分析。耐寒基因型比冷敏感基因型具有更快速的抗寒基因表達變化，這與蛋白質的代謝、修飾、折疊和防御反應有關。TNG67的轉錄因子OsMyb、OsbHLH、OsIAA23、SNAC2和OsWRKY1v2可能是水稻耐冷相關基因的良好候選基因。通過對一個特定耐寒水稻品種的比較芯片數據分析，揭示了CBF和ABA響應元件（ABRE）調控因子之間的復雜交叉，以及脫落酸（ABA）信號在水稻耐寒性中的作用[6]。Shen等[7]利用RNA序列分析技術，在冷脅迫下比較了2個耐寒野生稻品種，結果表明共有318個差異表達基因是與耐寒性相關的常見差異表達基因。進一步研究表明，鈣信號轉導可能在水稻的冷脅迫響應中起主導作用，RNA解旋酶可能直接參與冷脅迫下水稻的溫度感知。