香蕉miR164-NAC调控模块的鉴定与分析

【目的】了解香蕉MIR164和NAC基因家族以及miR164-NAC调控模块在香蕉后熟和低温胁迫应答过程中扮演的角色,为其在香蕉品种改良和分子育种方面的研究提供理论基础。【方法】以‘巴西蕉’为试材,通过高通量测序结合生物信息学分析,利用miRBase、NCBI数据库以及Clustal、TBtools、MCScanX、iTOL等软件对香蕉miR164和NAC家族成员的染色体定位、结构、理化性质及系统发育关系等进行分析。通过降解组测序验证并结合转录组数据,明确了香蕉中多个miR164-NAC调控模块。分别设置后熟和低温实验,利用小分子RNA杂交和qRT-PCR分析miR164-NAC调控模块在香蕉后熟和冷害两种过程中的表达模式。【结果】在香蕉中共鉴定出6个miR164家族成员,其中4个位于编码基因内部、2个位于基因间区。系统进化分析发现,测序丰度较高的多条香蕉MIR164s基因前体均与番木瓜聚为一类,暗示香蕉MIR164基因家族的起源与双子叶植物更为接近。香蕉基因组共编码222个NACs成员,不均匀分布在所有11条染色体上。在香蕉NACs中共鉴定出134对同源基因,包括4对串联重复基因和130对区段复制重复基因,表明香蕉NACs基因进化的主要动力来源于区段复制事件。针对香蕉、拟南芥和水稻NACs蛋白比较系统发育的分析,将该家族划分为23个亚群,结合转录组数据证实香蕉NACs基因存在广泛的冗余性和表达特异性。理化分析结果表明,几乎所有香蕉NACs蛋白均为亲水性,且仅有不到15%属于稳定蛋白。验证了香蕉中miR164-NAC176/165调控模块,香蕉miR164的积累受乙烯诱导且随果实后熟逐渐增强,而该调控模块中受miR164负调控的MaNAC176/165基因在果实后熟过程中的表达量逐渐降低。冷害条件下,香蕉miR164同样被明显诱导,导致其靶向的MaNAC176和MaNAC165也出现不同程度的下调表达。【结论】MaNAC176和MaNAC165很可能是香蕉后熟的转录抑制子,而miR164通过负调控MaNAC176/165促进香蕉后熟。同时,这一模块也很可能是香蕉发生冷害的一个关键调控通路。确定了香蕉后熟和冷害响应的关键miR164-NAC候选模块,可为后续的克隆及功能分析奠定基础。