水稻胁迫诱导基因的启动子序列分析开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

microrna（mirna）是近年来发现的一类非编码的内源性小分子量rna，广泛存在于多个物种中，并且在进化上高度保守，它们在生物体中行使重要的调节功能，已成为当今研究热点。现已发现非编码 rna 能够参与生命活动的多个步骤：转录、染色体的形成、rna 的剪切和修饰、mrna 的稳定和翻译、蛋白质的稳定和转运等。但目前有关 mirna 的研究还很初步，在动植物中还有大量的非编码 rna 未被我们发现，而且许多已发现的小 rna 的功能还有待我们进一步去探索，它们将是生命科学领域里新的研究热点，对植物中现有 mirna 研究可以帮助我们揭示更多的生命奥秘。以往研究者对 mirna 功能的研究大多集中在其对动植物发育过程的调控，并且取得了很多有价值的研究成果，揭示了 mirna 在发育过程中所发挥的重要作用。近些年来，有研究者发现 mirna 也可以受到外源环境胁迫的调节，这使得人们对 mirna 的功能又有了新的认识，因此研究逆境胁迫响应的 mirna 及其在植物抵抗逆境胁迫过程所发挥的作用成为分子生物学新的研究热点。

处于自然条件下生长的植物极易遭受各种外界环境胁迫，当植物感受到生物或非生物胁迫时，其体内会产生某些变化来适应这些胁迫。研究显示，植物中有相当一大部分基因都会受到环境胁迫的调节，这些调节发生在多个层次上，比如转录水平、转录后水平，翻译水平和翻译后水平调节等。microrna（mirna）作为基因表达调控的新成员正受到研究人员的重视，它能够在转录后水平对基因表达进行精确调控，而且最近的研究发现它们在植物响应胁迫过程中发挥着不容忽视的作用。科学家们在一些研究中发现环境胁迫可以调节植物体内 mirna 的表达，有些 mirna 调节的靶基因也会受胁迫的诱导，这些都为阐明 mirna 在胁迫响应过程中发挥的作用提供了线索。功能分析证明 mirna 不仅在非生物胁迫中起作用也可以响应生物胁迫信号。目前有关胁迫诱导 mirna 的研究才刚刚起步，可参考的信息非常少。因此，对胁迫诱导 mirna 进行研究，探明它们介导的基因表达调控网络可以更好的理解 mirna 的功能，同时，为提高转基因植物抵抗胁迫的能力提供新的途径。

利用生物信息学的方法，人们对mirna 上游序列是否具有启动子活性进行了深入分析。xie 等利用生物信息学方法分析了拟南芥中99个mirna 前体序列，发现其中52 个mirna 前体上游存在tata box, 并且存在转录起始位点、核心启动子区域以及其他被rna聚合酶转录基因的特点（xie, et al., 2005）。zhou 等在比较了人类、线虫、水稻和拟南芥中mirna 的上游序列后发现大多数mirna 属于聚合酶ii 基因并且具有启动子区域，其核心启动子区域多位于发夹结构上有500bp 以内接近发夹结构的区域（zhou, et al., 2007）。molly 等比较了拟南芥mirna 基因上游启动子序列，蛋白编码基因启动子序列和随机序列，发现了四个顺式作用元件： atmyc2, arf, sorlrep3和lfy 在mirna基因启动子序列中出现的几率比蛋白编码基因启动子序列中出现的几率高（molly, et al., 2006）。wang 等比较了拟南芥中非保守mirna的启动子序列的相似性，发现mir157，mir158，mir165，mir405和mir447 各家族成员的启动子序列呈现出较高的相似度，同时比较了mir163 与其靶基因的启动子序列，发现mir163 启动子与其靶基因的启动子呈现出部分保守性，佐证了mirna的起源的反向复制假说。

2. 研究的基本内容和问题

研究目标：

研究水稻非生物胁迫诱导microrna基因启动子的胁迫响应元件并与编码基因启动子进行比较

研究内容：

3. 研究的方法与方案

技术路线

1）收集水稻低温、干旱和盐胁迫处理的small rna测序数据，下载原始reads；

2）根据收集到的数据筛选出不同胁迫上调的基因和microrna基因（诱导2倍以上，p0.05)。

4. 研究创新点

目前有关胁迫诱导 miRNA 的研究才刚刚起步，可参考的信息非常少。因此，对胁迫诱导 miRNA 进行研究，探明它们介导的基因表达调控网络可以更好的理解 miRNA 的功能和分子调控机制，同时，为提高转基因植物抵抗胁迫的能力提供新的途径。

5. 研究计划与进展

2013.11-2014.2 收集水稻低温、干旱和盐胁迫处理的small rna测序数据，下载原始reads；编写脚本，根据收集到的数据筛选出不同胁迫上调的基因和microrna基因（诱导2倍以上，p0.05)。

2014.3 根据这些microrna基因，从基因组中调取pre-mirna前体上游1500bp的基因组序列；同时，直接获得基因的启动子区域。对这些序列分析已有的启动子元件。

2014.4 使用meme程序和matinpector寻找一些共有的胁迫相关元件。