





中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (22): 4589-4602.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.22.003
丁宁1(
), 齐恩芳1(
), 贾小霞1, 黄伟1, 马丽荣1, 李建武1, 燕汝楠2
收稿日期:2025-05-26
接受日期:2025-07-23
出版日期:2025-11-16
发布日期:2025-11-21
通信作者:
联系方式:
丁宁,E-mail:dingning@gsagr.cn。
基金资助:
DING Ning1(
), QI EnFang1(
), JIA XiaoXia1, HUANG Wei1, MA LiRong1, LI JianWu1, YAN RuNan2
Received:2025-05-26
Accepted:2025-07-23
Published:2025-11-16
Online:2025-11-21
摘要:
【目的】马铃薯营养丰富,种植广泛,是一种重要的粮蔬兼用作物。为揭示马铃薯在苗期遭遇高温环境后对其生长发育的影响,筛选鉴定对高温胁迫特异应答的微小RNAs(miRNAs)及潜在的靶基因,为马铃薯耐热机制研究提供理论依据。【方法】以甘肃省农业科学院马铃薯研究所自主选育的1月龄陇薯7号组培苗为测试材料,在植物培养箱中分别设置正常温度(17 ℃)和高温(28 ℃)条件处理10 d后取样,进行小RNA测序(sRNA-seq)和转录组(RNA-seq)测序,在获得高质量测序数据的基础上,利用生物信息学方法分析筛选具有负调控关系的候选miRNA-靶基因对。用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)和双荧光素酶试验(DLR)验证部分特异响应高温胁迫的miRNA-靶基因对。【结果】马铃薯幼苗在高温胁迫下,21和24 nt的miRNAs丰度均明显上升,并且所有miRNAs的表达量总体方差PC1为27.0%,而PC1与PC2占总体方差的39.4%。经miRNAs差异表达分析,共有100个miRNAs差异表达,其中62个上调表达,38个下调表达。在上调表达的miRNAs中,差异表达倍数介于1.02—6.94;下调表达的miRNAs中,差异表达倍数介于1.01—7.11。转录组分析表明,马铃薯幼苗在高温处理后,有579个差异表达基因上调,958个差异基因下调,这些基因主要参与响应生物胁迫、外部压力刺激和其他细胞组成及发育过程。同时,整合sRNA-seq和RNA-seq结果,从上调的miRNAs中得到13对候选miRNA-靶基因对,而从下调的miRNAs中得到5对候选miRNA-靶基因对。选择3对差异表达明显的调控关系(miRNA8051-Soltu.DM.10G026540、miRNA8051-Soltu.DM.10G026560和miR5072-Soltu. DM.04G010170)进行RT-qPCR验证,发现miRNAs与其潜在的靶基因呈相反表达趋势,这与生物信息学分析结果一致。同时,DLR试验证实miRNA8051对Soltu.DM.10G026540/Soltu.DM.10G026560均存在负调控作用。【结论】在高温胁迫下,马铃薯幼苗会以转录后调控的方式调控靶基因表达,从而对环境产生一定的适应性。这些候选基因可能参与转录因子、蜡质合成和甲基化表观调控等生物学过程。
丁宁, 齐恩芳, 贾小霞, 黄伟, 马丽荣, 李建武, 燕汝楠. 马铃薯幼苗应答高温胁迫的miRNA筛选与鉴定[J]. 中国农业科学, 2025, 58(22): 4589-4602.
DING Ning, QI EnFang, JIA XiaoXia, HUANG Wei, MA LiRong, LI JianWu, YAN RuNan. Screening and Identification of miRNAs in Potato Seedlings in Response to High Temperature Stress[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(22): 4589-4602.
表1
RT-qRCR及载体构建引物序列"
| 引物 Primer | 正向引物 Forward primer (5′-3′) | 反向引物 Reverse primer (5′-3′) |
|---|---|---|
| miR8051 | GTGGACTGGAATCGGCAGTAT | CTCTCAGCTTCCACTTCTCCC |
| miR5072 | GGTTAAAACCTAAGTAAGATTCCCC | TTTCGGTTTGTTCGAAATTGGGT |
| Soltu.DM.10G026540 | TGATGTTGGCTGGGAAGGAC | GACCGCTTGGAAGGATGTCA |
| Soltu.DM.10G026560 | GCGGGTCCAAGGACTTGTTT | TCAAAAGAGCTAAAGATTTGCCCA |
| Soltu.DM.04G010170 | CAGCATGGCGTTTCTGATGG | CTGCCTTTTCTCAGCTTGCTC |
| EF1a-F | GATGAAATCGTGAAGGAAGTTTCTTC | CAGTCAAGGTTGGTAGACCT |
| pCAMBIA1300-miR8051 | CTATTTACAATTACAGTCGAAAAAGGATCCGATGAAATCCA | GCTCCTCGCCCTTGCTCACCTCTCAGCTTCCACTTCTCCC |
| Soltu.DM.10G026540_Target | GGAGAGGACACGCTGAGGATCCATGGATTTTCTTGAAT | GTTTTTGGCGTCTTCCATTGTTTGATCCCTCCACGCTCG |
| Soltu.DM.10G026540_Target_MUT | AGAATGACCTTATTGTTCTATGTAATGGGGAGAAT | TAGAACAATAAGGTCATTCTTGTTTTTGGACTAACACGATG |
| Soltu.DM.10G026560_Target | GGAGAGGACACGCTGAGATGGATTTCCTTGAATATTCTC | GTTTTTGGCGTCTTCCATTTATATCTTTTTTACAACATTAAC |
表2
不同样本sRNA-seq的数据统计"
| 样本 Sample | 纯净reads Clean reads | 高质量reads High quality reads | 纯净miRNAs Clean miRNAs | 核糖体RNA丰度 rRNA abundance | 胞质小RNA丰度 scRNA_ abundance | 核小RNA丰度 snRNA_ abundance | 核仁小RNA丰度 snoRNA_ abundance | 转运RNA丰度 tRNA abundance |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| TCN-1 | 16392447 (100%) | 16355263 (99.7732%) | 15288010 (93.2625%) | 3301996 (21.60%) | 5671 (0.04%) | 25450 (0.17%) | 53877 (0.35%) | 50606 (0.33%) |
| TCN-2 | 14459735 (100%) | 14239278 (98.4754%) | 13594436 (94.0158%) | 2836799 (20.87%) | 5398 (0.04%) | 21904 (0.16%) | 47287 (0.35%) | 45777 (0.34%) |
| TCN-3 | 13314924 (100%) | 12989482 (97.5558%) | 12440010 (93.4291%) | 2702969 (21.73%) | 4754 (0.04%) | 22063 (0.18%) | 44538 (0.36%) | 35753 (0.29%) |
| TCH-1 | 14459799 (100%) | 14423958 (99.7521%) | 13251235 (91.6419%) | 1927858 (14.55%) | 4535 (0.03%) | 19379 (0.15%) | 50906 (0.38%) | 45752 (0.35%) |
| TCH-2 | 14618069 (100%) | 14583155 (99.7612%) | 10791142 (73.8206%) | 1852233 (17.16%) | 3781 (0.04%) | 18999 (0.18%) | 63230 (0.59%) | 43899 (0.41%) |
| TCH-3 | 15497004 (100%) | 15069982 (97.2445%) | 14518489 (93.6858%) | 2472050 (17.03%) | 4907 (0.03%) | 22620 (0.16%) | 46271 (0.32%) | 47418 (0.33%) |
表3
差异显著的miRNA列表"
| miRNA名称 miRNA ID | miRNAs差异表达倍数 log2(FC) | P值 P-value | miRNA名称 miRNA ID | miRNAs差异表达倍数 log2(FC) | P值 P-value | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| novel-m0825-3p | 6.94 | 0.00928592 | novel-m0214-3p | 1.20 | 0.040383 | |
| stu-miR8026 | 6.24 | 0.01507158 | stu-miR7992-5p | 1.19 | 0.009089 | |
| novel-m0760-5p | 5.97 | 0.036320701 | novel-m0449-3p | 1.18 | 0.033509 | |
| novel-m0475-3p | 3.85 | 0.022526637 | novel-m0151-3p | 1.18 | 0.000186 | |
| novel-m0499-5p | 3.73 | 0.002185003 | novel-m0152-3p | 1.18 | 0.000181 | |
| novel-m0374-3p | 3.53 | 0.023190991 | novel-m0153-3p | 1.18 | 0.000176 | |
| novel-m0409-3p | 3.32 | 0.034725102 | novel-m0311-5p | 1.15 | 0.027759 | |
| novel-m0784-5p | 3.02 | 0.027023613 | novel-m0303-5p | 1.13 | 0.026385 | |
| novel-m0430-3p | 2.94 | 0.021921926 | novel-m0207-3p | 1.06 | 0.006632 | |
| novel-m0001-5p | 2.76 | 1.02251E-11 | novel-m0159-5p | 1.06 | 0.005143 | |
| novel-m0771-3p | 2.63 | 0.049871451 | novel-m0071-5p | 1.02 | 0.004477 | |
| novel-m0772-3p | 2.63 | 0.049702986 | novel-m0331-3p | 1.02 | 0.029365 | |
| novel-m0364-3p | 2.57 | 0.000123302 | novel-m0023-3p | -1.01 | 1.07E-13 | |
| novel-m0583-3p | 2.52 | 0.002455583 | stu-miR408b-3p | -1.01 | 6.22E-13 | |
| novel-m0826-3p | 2.44 | 0.048331723 | miR5072-z | -1.07 | 5.04E-06 | |
| miR395-x | 2.37 | 1.02044E-06 | novel-m0183-3p | -1.08 | 4.48E-05 | |
| novel-m0730-5p | 2.24 | 0.047301899 | stu-miR166c-5p | -1.15 | 6.85E-11 | |
| miR8001-z | 2.14 | 0.026716933 | miR169-z | -1.16 | 0.014103 | |
| novel-m0429-5p | 2.08 | 0.042388039 | stu-miR408a-5p | -1.17 | 8.00E-12 | |
| novel-m0717-5p | 2.05 | 0.008140195 | novel-m0154-3p | -1.18 | 0.000177 | |
| novel-m0595-5p | 1.98 | 0.027233458 | miR164-z | -1.24 | 0.003203 | |
| novel-m0495-5p | 1.97 | 0.01056079 | miR530-x | -1.27 | 6.34E-09 | |
| miR5168-y | 1.96 | 2.37146E-05 | stu-miR390-5p | -1.28 | 5.92E-11 | |
| novel-m0090-3p | 1.94 | 3.57593E-14 | miR5059-z | -1.30 | 0.001737 | |
| novel-m0205-3p | 1.79 | 0.000604281 | stu-miR482b-5p | -1.34 | 2.51E-09 | |
| novel-m0100-5p | 1.75 | 9.01756E-16 | miR408-z | -1.44 | 1.80E-14 | |
| novel-m0372-3p | 1.71 | 0.005205421 | stu-miR482a-5p | -1.51 | 3.81E-08 | |
| novel-m0099-5p | 1.71 | 4.71339E-15 | stu-miR162a-5p | -1.59 | 6.05E-19 | |
| novel-m0272-5p | 1.71 | 0.017362178 | stu-miR162b-5p | -1.59 | 6.05E-19 | |
| novel-m0515-5p | 1.66 | 0.009197853 | miR408-y | -1.64 | 1.00E-26 | |
| novel-m0456-3p | 1.65 | 0.042559707 | novel-m0234-5p | -1.67 | 0.000637 | |
| novel-m0216-3p | 1.57 | 0.00066235 | miR408-x | -1.71 | 0.000356 | |
| novel-m0217-3p | 1.57 | 0.000659518 | miR159-x | -1.74 | 0.000291 | |
| stu-miR167c-3p | 1.44 | 1.10788E-07 | stu-miR171d-3p | -1.75 | 0.005512 | |
| novel-m0273-5p | 1.41 | 0.004966411 | novel-m0284-3p | -1.77 | 0.003115 | |
| novel-m0232-5p | 1.39 | 2.99376E-07 | novel-m0787-5p | -1.81 | 0.045229 | |
| novel-m0464-5p | 1.38 | 0.030284811 | miR162-z | -1.83 | 2.98E-06 | |
| novel-m0040-5p | 1.36 | 1.57E-07 | stu-miR169f-3p | -2.12 | 0.005891 | |
| novel-m0330-3p | 1.33 | 0.042221297 | miR9470-y | -2.20 | 6.10E-22 | |
| stu-miR156e | 1.31 | 1.82E-08 | novel-m0733-3p | -2.61 | 0.005626 | |
| stu-miR156g-3p | 2.38 | 1.83E-08 | novel-m0749-3p | -2.62 | 0.014988 | |
| stu-miR156h-5p | 1.31 | 1.84E-08 | miR477-z | -2.72 | 0.043248 | |
| stu-miR156i-5p | 1.31 | 1.84E-08 | novel-m0829-3p | -2.88 | 0.018293 | |
| stu-miR156j-5p | 1.31 | 1.83E-08 | novel-m0742-3p | -2.93 | 0.02383 | |
| stu-miR156k-5p | 1.31 | 1.83E-08 | novel-m0722-5p | -3.73 | 2.47E-07 | |
| miR157-x | 1.30 | 0.010945 | miR8739-z | -4.34 | 0.000957 | |
| novel-m0296-3p | 1.27 | 0.030261 | miR1091-z | -5.23 | 0.04115 | |
| novel-m0324-5p | 1.22 | 0.026115 | novel-m0682-3p | -5.74 | 0.028726 | |
| novel-m0325-5p | 1.22 | 0.026033 | novel-m0683-3p | -5.74 | 0.028642 | |
| novel-m0373-3p | 1.21 | 0.012318 | stu-miR8051-5p | -7.11 | 0.021868 |
表4
不同样本RNA-seq的数据统计"
| 样本 Sample | 原始data Raw data | 纯净data Clean data | 比对率 Unique mapped |
|---|---|---|---|
| TCN-1 | 36596200 | 36480366 (99.68%) | 29898162 (82.19%) |
| TCN-2 | 50979834 | 50814196 (99.68%) | 42957666 (84.83%) |
| TCN-3 | 50663170 | 50512048 (99.70%) | 42795691 (85.03%) |
| TCH-1 | 53813724 | 53673574 (99.74%) | 45085569 (84.38%) |
| TCH-2 | 51021820 | 50870562 (99.70%) | 42776280 (84.36%) |
| TCH-3 | 44572552 | 44448784 (99.72%) | 36244428 (81.83%) |
表5
不同样本RNA-seq的数据统计"
| 差异表达miRNA differExp miRNAs | miRNAs名称 miRNAs ID | miRNAs差异表达倍数log2(FC) | 基因ID Gene ID | 基因差异表达倍数 log2(FC) |
|---|---|---|---|---|
| 上调的miRNAs UP-regulated miRNAs | novel-m0499-5p | 3.73 | Soltu.DM.10G021470 | -3.81 |
| novel-m0499-5p | 3.73 | Soltu.DM.10G021480 | -3.24 | |
| novel-m0001-5p | 2.76 | Soltu.DM.10G020770 | -2.52 | |
| novel-m0001-5p | 2.76 | Soltu.DM.10G020780 | -1.77 | |
| novel-m0583-3p | 2.52 | Soltu.DM.08G004390 | -1.40 | |
| miR395-x | 2.37 | Soltu.DM.03G009610 | -1.22 | |
| miR156e/h/i/j/k | 1.31 | Soltu.DM.03G028990 | -1.34 | |
| miR156g-3p | 2.38 | Soltu.DM.04G015140 | -1.76 | |
| miR156e/h/i/j/k | 1.31 | Soltu.DM.05G001040 | -1.14 | |
| miR156e/h/i/j/k | 1.31 | Soltu.DM.05G011910 | -1.27 | |
| miR156e/h/i/j/k | 1.31 | Soltu.DM.07G005930 | -1.82 | |
| miR156e/h/i/j/k | 1.31 | Soltu.DM.10G029290 | -1.15 | |
| miR156e/h/i/j/k | 1.31 | Soltu.DM.12G014160 | -1.23 | |
| 下调的miRNAs Down-regulated miRNAs | miR8051-5p | -7.11 | Soltu.DM.10G026540 | 9.13 |
| miR8051-5p | -7.11 | Soltu.DM.10G026560 | 7.23 | |
| miR1091-z | -5.23 | Soltu.DM.11G003400 | 1.63 | |
| miR9470-y | -2.20 | Soltu.DM.12G022800 | 1.16 | |
| miR5072-z | -1.07 | Soltu.DM.04G010170 | 1.05 |
| [1] |
|
| [2] |
doi: 10.1088/2752-5295/ad0e13 |
| [3] |
doi: 10.3389/fpls.2023.1096772 |
| [4] |
苏小雨, 谭政委, 李春明, 李磊, 鲁丹丹, 余永亮, 董薇, 安素妨, 杨青, 孙瑶, 等. 高温胁迫下芝麻全基因组甲基化差异及关联基因表达分析. 中国农业科学, 2024, 57(24): 4825-4838. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.24.001.
|
|
|
|
| [5] |
doi: 10.3389/fpls.2022.965745 |
| [6] |
doi: 10.1105/tpc.114.123851 pmid: 24769482 |
| [7] |
|
| [8] |
doi: 10.3390/plants13070998 |
| [9] |
doi: 10.1093/bioinformatics/btp616 pmid: 19910308 |
| [10] |
|
| [11] |
doi: 10.1038/nmeth.3317 pmid: 25751142 |
| [12] |
doi: 10.1186/1471-2105-12-323 pmid: 21816040 |
| [13] |
doi: 10.1016/j.cj.2023.08.004 |
| [14] |
doi: 10.1038/s41438-021-00680-2 pmid: 34654802 |
| [15] |
doi: 10.5539/jas.v7n12p220 |
| [16] |
doi: 10.1016/j.cj.2022.11.005 |
| [17] |
doi: 10.1111/tpj.2015.83.issue-4 |
| [18] |
|
| [19] |
doi: 10.1016/j.plaphy.2023.108150 |
| [20] |
doi: 10.1111/ppl.12787 |
| [21] |
doi: 10.1016/j.molp.2020.01.013 |
| [22] |
doi: 10.3390/ijms25168989 |
| [23] |
doi: 10.3390/plants13050723 |
| [24] |
doi: 10.1016/j.molp.2017.03.010 |
| [25] |
doi: 10.1104/pp.107.107300 |
| [26] |
doi: 10.1111/nph.v237.5 |
| [27] |
doi: 10.1101/gad.1765209 |
| [28] |
doi: 10.3389/fpls.2022.933740 |
| [29] |
任茂, 李博, 徐延浩, 张文英. 高温胁迫诱导棉花甲基化变化分析. 分子植物育种, 2017, 15(3): 1069-1076.
|
|
|
|
| [30] |
宋爽, 刘宇, 高琪, 赵爽, 王守现, 宋庆港. 高温胁迫下香菇基因组甲基化差异分析. 中国食用菌, 2019, 38(10): 9-11, 16.
|
|
|
| [1] | 李云丽, 刁邓超, 刘雅睿, 孙玉晨, 孟祥宇, 邬陈芳, 汪妤, 吴建辉, 李春莲, 曾庆东, 韩德俊, 郑炜君. 小麦苗期耐热性全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(9): 1663-1683. |
| [2] | 孟慧, 罗丙玉, 卢正宇, 王鹏, 康冬茹, 郑成淑, 王文莉. 菊花CmASMT的克隆及其在高温抗性中的作用[J]. 中国农业科学, 2025, 58(8): 1617-1626. |
| [3] | 唐宇, 雷毕欣, 王传伟, 严轩韬, 王浩, 郑杰, 张文静, 马尚宇, 黄正来, 樊永惠. 彩色小麦花青素积累对花后高温胁迫的响应机理[J]. 中国农业科学, 2025, 58(6): 1083-1101. |
| [4] | 苏明, 李翻过, 洪自强, 周甜, 柳强娟, 班文慧, 吴宏亮, 康建宏. 施氮缓解旱地马铃薯花后高温早衰的抗氧化特性研究[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 660-675. |
| [5] | 张天雨, 李白, 藏金萍, 曹宏哲, 董金皋, 邢继红, 张康. 灰葡萄孢HMG家族基因的全基因组鉴定与表达规律分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 704-718. |
| [6] | 雷毕欣, 余勇波, 张明通, 崔国际, 洪嘉雯, 胡涛, 犹艾欣, 张文静, 马尚宇, 黄正来, 樊永惠. 花后高温胁迫对小麦氮素同化利用及产量形成的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(19): 3837-3856. |
| [7] | 张杰, 胡晨曦, 祁建波, 张永泰, 陈以博, 张永吉. 外源玉米素对低温弱光胁迫下辣椒光合参数、抗氧化系统及玉米素合成相关基因表达的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(19): 3959-3969. |
| [8] | 颉晖晖, 杨秋华, 李文丽, 朱锦程, 李惠霞, 张峰. 抗南方根结线虫马铃薯野生种渐渗种质的鉴定[J]. 中国农业科学, 2025, 58(14): 2924-2932. |
| [9] | 赵甜甜, 袁剑龙, 卓峰琦, 唐振三, 徐杰, 张峰. 马铃薯全粉品质综合评价及品种筛选[J]. 中国农业科学, 2025, 58(13): 2522-2537. |
| [10] | 杜思琪, 温育纶, 宁力兴, 尹晓雨, 王淑芬, 宋海燕, 王兆海, 李炜星, 廖江林. 开花期高温对不同基因型籼稻开花授粉的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(10): 1867-1877. |
| [11] | 曹雄军, 王博, 韩佳宇, 廖永峰, 谢蜀豫, 白扬, 黄小云, 陆丽, 黄秋秘, 江春分, 盘丰平, 白先进. 热区葡萄高光效育种研究与实践[J]. 中国农业科学, 2025, 58(10): 1994-2007. |
| [12] | 李永飞, 李战魁, 张战胜, 陈永伟, 康建宏, 吴宏亮. 氮肥后移对高温胁迫下春小麦旗叶生理特性和产量的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1455-1468. |
| [13] | 黄立强, 江如, 朱波汁, 彭焕, 许翀, 宋家雄, 陈敏, 李永青, 黄文坤, 彭德良. 马铃薯主栽品种抗马铃薯金线虫鉴定及抗性分子标记检测[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1506-1516. |
| [14] | 陈兵先, 张琪, 戴彰言, 周旭, 刘军. 水杨酸引发提高低温下水稻种子萌发活力的生理与分子效应[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1220-1236. |
| [15] | 王程泽, 张燕, 付伟, 贾京哲, 董金皋, 申珅, 郝志敏. 玉米ACO基因家族生物信息学及表达模式分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1308-1318. |
|
||