铜胁迫下水稻microRNA差异表达谱研究开题报告

1. 研究目的与意义

水稻(oryza sativa)是世界主要粮食作物之一，同时也是我国重要的粮食作物，常年播种面积和总产量均占我国粮食作物第一。稻米含有淀粉76%-79%，蛋白质8%-10%（高含量品种达标12%-15%）,脂肪0.2%-0.4%。稻米蛋白质中有营养价值高的赖氨酸等多种营养成份，在谷类作物中稻米所含有的粗纤维最少，各种营养成分的可消化率和吸收率均较高，最适于人体的需要。

水稻的生长环境离不开水，抽穗结实期需大量水分和矿质营养。每形成1千克稻谷约需水500～800千克，因此农田环境中的水质至关重要。目前，我国部分农田的水遭受重金属污染。在重金属离子cu² 、cd² 、hg² 胁迫条件下，水稻种子的发芽势、发芽率以及苗期株高和鲜重都呈持续下降的趋势。

在水稻的生长周期中，铜是必需的微量营养元素，参与植物各种生命活动，在植物细胞中有积极作用。但是这些积极作用必须是在一定的铜离子浓度下而言的，当土壤中的铜离子浓度超过一定的临界值时，便会阻碍植物细胞正常代谢过程，破坏植物体内离子稳态，从而对植物产生毒害。然而，促进水稻生长的铜浓度范围很小,过量的铜则会适得其反,对水稻产生相当大的毒害作用。

2. 研究内容和预期目标

预期目标：

在本课题的研究中，我们将用不同浓度cuso4溶液模拟铜胁迫，并分析水稻的生理指标，以获得最佳铜胁迫浓度，并以该浓度铜胁迫和正常对照水稻幼苗叶片样本的microrna测序表达谱数据为研究对象，寻找铜胁迫和正常对照水稻中差异表达的microrna分子。进一步将microrna标记物分子调控的靶基因映射到分子通路，力争发现新颖的调控水稻铜胁迫应答的功能和信号通路，这些通路若经过进一步的实验验证，将为提高水稻重金属胁迫的耐受性提供重要的信息。

研究内容：

3. 研究的方法与步骤

1. 进行水稻幼苗的培养和模拟铜胁迫溶液的配制。

2. 对不同浓度铜胁迫下水稻幼苗的生长和生理指标进行测定和统计分析，找到最佳胁迫浓度，并将该浓度用于后续rna测序分析。

3. 将水稻分为铜胁迫组和正常对照组，分别取三个生物重复，提取总rna，并利用illuminahiseq 4000平台进行高通量转录组测序。

4. 参考文献

[1] Peng S, Tang Q, Zou Y. Current status and challenges of rice production in China[J]. Plant Production Science, 2009, 12(1): 3-8.[2] Song S., Huang D.M., Li Y.X., Xu H.Y., and Xu Y., The characteristic expression analysis of three plants conservative miRNAs in banana varieties resistance to the banana wilt disease[J], 2015, Jiyinzuxue Yu YingyongShengwuxue (Genomics and Applied Biology), 35(12): 2728-2732[3] Chen X. MicroRNA biogenesis and function in plants[J],2005, FEBS Lett.579:5923-5931[4] Giusti L., Mica E., Bertolini E., De Leonardis A.M., Faccioli P., Cattivelli L. and Crosatti C., microRNAs differentially modulated in response to heat and drought stress in durum wheat cultivars with contrasting water use efficiency[J], 2016, Functional Integrative Genomics, 17(2-3): 1-17[5] 丁园, 田力伟, 罗应锦. 铜胁迫对水稻种子萌发及幼苗生长的影响. 南昌航空大学学报（自然科学版）, 2008, 22(2):86-89.[6] 杨丽丽. 铜胁迫对甜菜幼苗生长和光合特性的影响[D].山东师范大学,2013.[7] 徐磊. 铜胁迫对小白菜生理生化指标的毒害作用[D].福建农林大学,2003.[8] 苟本富. 铜胁迫对蚕豆种子萌发及幼苗生长的影响. 西南师范大学学报(自然科学版),2010,35(05):116-120.[9] 冷翔鹏.葡萄应答铜胁迫的分子机理研究[D]. 南京农业大学,2015.

[10] 杨淑芳. 铜胁迫下小麦幼苗生长生理及幼根超微结构、转录组学研究[D].河南师范大学,2014.

[11] Matthew W,Jones-Rhoades,David P. Bartel.Computational Identification of Plant MicroRNAs and Their Targets, Including a Stress-Induced miRNA[J].Molecular Cell,2004,14:787-799.[12] Linda Beauclair, Agnes Yu and Nicolas Bouche. MicroRNA-directed cleavage and translational repression of the copper chaperone for superoxide dismutase mRNA in Arabidopsis[J]. The Plant Journal,2010,62:454-462.[13] Si Qi Huang, An Ling Xiang, Li Ling Che, Song Chen, Hui Li, Jian Bo Song and Zhi Min Yang. A set of miRNAs from Brassica napus in response to sulphate deficiency and cadmium stress[J]. Plant Biotechnology Journal,2010,8:887-889.[14] Yuanda Lv, Zhikai Liang, Min Ge, Weicong Qi, Tifu Zhang, Feng Lin, Zhaohua Peng and Han Zhao.Genome-wide identification and functional prediction of nitrogen-responsive intergenic and intronic long non-coding RNAs in maize(Zea mays L.)[J].BMC Genomics,2016,17:350.[15] Yanfei Ding., Zhen Chen., and Cheng Zhu., Microarray-based analysis of cadmium-responsive microRNAs in rice (Oryza sativa), 2011, Journal of Experimental Botany,Vol.62, No.10, pp.3563-3573[16] Chuan-Ming Yeh., Wan-Chi Hung., and Hao-Jen Huang., Copper treatment activates mitogen-activated protein kinase signaling in rice, 2003, PHYSIOLOGIA PLANTARUM 119: 392-399[17] Yuanyuan Zhang.,Kai Chen.,Fang-Jie., et al.,OsATX1 Interacts with Heavy Metal P1B-Type ATPases and Affects Copper Transport and Distribution, Plant Physiology, 2018,Vol.178:329-344[18] 朱淑华，王庆伟，姚民，张士彦，唐琳.水稻盐胁迫相关内含子microRNA的表达及其生物发生机制[J].中国生物化学与分子生物学报,2017,33(3):294-302[19] 彭廷,文慧丽,赵亚帆,王博博,金玉蔓,孙红正,赵全志.盐、干旱胁迫下水稻相关miRNA的鉴定及表达分析[J].华北农学报,2018,33(2):20-27[20] 程旺大,姚海根,张国平,汤美玲,Peter Dominy. 镉胁迫对水稻生长和营养代谢的影响[J]. 中国农业科学,2005(03):528-537.

5. 计划与进度安排

1、2022-03-05～2022-03-15接受任务，按照指导教师要求查阅资料，撰写开题报告。

2、2022-03-16～2022-03-28 熟悉相关程序软件，进行测序数据的预处理等。

3、2022-03-29～2022-04-06 统计方法寻找差异microrna的效果比较；择优采用统计算法选出铜胁迫下差异表达microrna。