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.