低温胁迫下水稻苗期低温失绿突变体 cisc(ta) 的miRNA表达谱分析

龚晓平 张致力

摘要 [目的]鉴定水稻耐冷相关功能基因、解析其调控耐冷性的分子机制。[方法]以耐冷籼稻材料“P1211”和冷敏型籼稻突变体 cisc（ta） 为试验材料，进行了低温胁迫处理和水稻幼苗转录组测序分析。[结果]冷敏型突变体 cisc（ta） 低温胁迫处理后共有4 542个差异表达基因，其中有3 673個基因上调，869个基因下调。在冷敏突变体 cisc（ta） 的差异表达基因中筛选到一些与低温胁迫相关的典型基因，如基本的螺旋-环-螺旋（bHLH）、活性氧清除（SOD1）和富亮氨酸重复序列（LRR）等调控基因，此外，还筛选出一些与生长素、脱落酸（ABA）、赤霉酸（GA）和冷应激反应调控（DREB/CBF）等相关的基因。为了确认RNA-seq数据，随机选择差异表达基因进行实时荧光定量 PCR（qRT-PCR）表达分析，结果与这些基因的RNA-seq表达测定一致，证实了RNA-seq 数据的准确性。[结论]该研究为水稻耐冷机理的研究和筛选水稻遗传改良有用的候选基因奠定基础。

关键词 水稻（  sativa  L.）;低温胁迫;耐冷性;表达分析

中图分类号 Q 943.2  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）19-0090-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.19.022

开放科学（资源服务）标识码（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

基金项目 重庆市基础研究与前沿探索项目（cstc2018jcyjAX0447）。

作者简介 龚晓平（1980—），男，重庆人，副研究员，博士，从事水稻遗传育种、分子生物学研究。*通信作者，研究员，从事水稻遗传育种研究。

收稿日期 2021-02-13

鉴定水稻耐冷性新的基因，揭示水稻耐冷性可能的分子机制，开展耐冷性新种质创制和新品种选育是解决水稻低温冷害的根本途径。水稻在长期的自然进化和人工驯化过程中形成了复杂而高效应对低温胁迫的内部调控机制，以抵御和适应低温胁迫[1]。近年来，随着高通量测序技术的迅速发展，全基因组表达分析已被广泛应用于水稻耐逆功能基因组学研究，为植物耐逆相关基因鉴定和分子机制研究提供详实、深度的数据[2]。Wang等[3]通过对耐寒水稻的转录组分析，鉴定了121个冷胁迫处理诱导的基因，发现活性氧（ROS）-bZIP1调节因子在冷胁迫的早期反应中发挥重要作用。Zhang等[4]通过对耐寒水稻LTH和冷敏感水稻IR29转录组的比较，发现耐寒基因型中许多抗逆基因的表达均在冷处理后上调。进一步分析表明，C-repeat binding factor （CBF）和MYBS3调节因子与水稻对冷胁迫的耐受性相关。Yang等[5]对耐寒水稻TNG67和耐寒水稻TCN1的低温响应进行了转录组比较分析。耐寒基因型比冷敏感基因型具有更快速的抗寒基因表达变化，这与蛋白质的代谢、修饰、折叠和防御反应有关。TNG67的转录因子OsMyb、OsbHLH、OsIAA23、SNAC2和OsWRKY1v2可能是水稻耐冷相关基因的良好候选基因。通过对一个特定耐寒水稻品种的比较芯片数据分析，揭示了CBF和ABA响应元件（ABRE）调控因子之间的复杂交叉，以及脱落酸（ABA）信号在水稻耐寒性中的作用[6]。Shen等[7]利用RNA序列分析技术，在冷胁迫下比较了2个耐寒野生稻品种，结果表明共有318个差异表达基因是与耐寒性相关的常见差异表达基因。进一步研究表明，钙信号转导可能在水稻的冷胁迫响应中起主导作用，RNA解旋酶可能直接参与冷胁迫下水稻的温度感知。