水稻馴化與遺傳改良相關非編碼基因miRNA研究

《水稻馴化與遺傳改良相關非編碼基因miRNA研究》是依託浙江大學，由樊龍江擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：水稻馴化與遺傳改良相關非編碼基因miRNA研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：樊龍江
• 項目類別：面上項目

項目摘要

作物品種的形成一般經歷馴化和遺傳改良兩個人工選擇過程。人工選擇過程的分子遺傳學實質是對作物基因組中控制這些重要農藝和品質等性狀的基因座位進行選擇和遺傳修飾。目前已克隆的馴化基因均為蛋白質編碼基因，且大多編碼轉錄因子。目前發現的miRNA等非編碼小RNA主要調控轉錄因子等編碼基因。本研究前期對100多個水稻miRNA位點在栽培和野生水稻的群體遺傳學調查，發現一些與人工選擇相關miRNA位點的證據，表明miRNA可能是馴化選擇的靶基因。本研究將對其中部分候選miRNA家族（miR164）進行重點研究，通過過量表達和基因敲除等方法，明確它們控制的表型性狀（重點分析側根發生、花器官發育和葉片衰老三個性狀），探明水稻馴化與遺傳改良對該基因家族選擇的分子證據和遺傳效應。本研究將為明確非編碼miRNA在水稻品種形成過程（馴化/遺傳改良）中的地位，為揭示作物遺傳改良的分子機理提供新證據。

結題摘要

本研究通過高通量測序技術等進行了栽培稻和野生稻馴化與遺傳育種選擇相關miRNA基因候選位點的大規模鑑定。研究結論表明，與蛋白質編碼基因一樣，非編碼小分子RNA座位也可能是馴化選擇的靶標並在水稻馴化和遺傳改良過程中發揮著重要作用。為了進一步探究miRNA在馴化過程中的變異，我們對miRNA及其靶基因在野生稻與栽培稻群體間的表達量進行了比較。研究表明馴化過程可能影響miRNA的表達水平，並通過與靶基因的互作調控下游的生物代謝途徑。根據上述研究結果，我們對miR164家族的功能進行了進一步的研究。根據miRNA基因晶片以及小RNA高通量測序的結果分析，miR164家族在野生稻與栽培稻之間的表達量有顯著差異，表現為在栽培稻中顯著上調。結合擬南芥中的miR164功能分析結果，表明miR164在水稻的營養器官及生殖器官的發育方面均有調控作用。為了更加準確開展選擇分析，本研究鑑定了野生稻特異miRNA及其靶基因。利用高通量測序技術測定了一個野生稻(東鄉野生稻)全基因組、三個小RNA群體和一個降解組，同時利用MIRNA晶片測定了栽培和野生稻MIRNA的表達。研究表明，非編碼miRNA跟編碼基因一樣，是水稻馴化過程的直接靶基因，在水稻品種形成過程中發揮重要作用。研究進一步對野生稻由miRNA介導的相位小RNA位點進行了大規模鑑定並研究了他們的選擇壓，發現了864和3961個21和24鹼基相位排列的siRNA位點(phsiRNA)，其中160個21鹼基和254個24鹼基相位位點同時發現miRNA綁定位點，表明它們可能由miRNA介導。這些相位小RNA位點分別位於非編碼區和編碼基因，特別在部分控制重要農藝性狀基因上發現phsiRNA。經遺傳選擇分析，栽培稻miRNA介導的相位小RNA位點遺傳變異明顯低於野生稻群體，而兩者基因間序列遺傳變異沒有明顯差異，表明這些位點可能受到強烈遺傳選擇，以保持其遺傳保守性，很有可能跟馴化選擇相關。