玉米高溫脅迫回響相關miRNA及其靶基因的鑑定與功能研究

《玉米高溫脅迫回響相關miRNA及其靶基因的鑑定與功能研究》是依託深圳大學，由劉琳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：玉米高溫脅迫回響相關miRNA及其靶基因的鑑定與功能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉琳
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

MiRNA在植物的生長發育和逆境脅迫回響過程中發揮著重要的調控作用。玉米作為國家重要的經濟作物，提高和改良其在逆境脅迫下的產量品質和農藝性狀意義重大。目前有關玉米miRNA在多種非生物脅迫，如高鹽、乾旱、低氮、低磷等中的作用已有相關報導，但高溫脅迫回響相關miRNA的研究還很少。高溫脅迫造成玉米籽粒敗育，嚴重限制玉米產量，玉米耐受高溫脅迫的機理亟待研究。本項目將對玉米高溫脅迫下參與回響的miRNA及其靶基因進行鑑定和功能研究，通過構建小RNA文庫、mRNA文庫、降解組文庫和核糖體保護序列文庫，以及基因過表達和基因沉默等分子和遺傳學手段，鑑定獲得高溫脅迫相關miRNA及其靶基因，並對其屬性、表達模式、具體作用機制，以及脅迫下玉米miRNA下游基因的表達調控網路進行深入分析。本研究的開展將有助於理解和闡釋玉米miRNA回響高溫脅迫的調控機制，為玉米在逆境脅迫下的性狀改良提供理論依據和新途徑。

結題摘要

高溫脅迫影響玉米的光合作用，導致玉米幼苗形態異常、籽粒敗育，嚴重限制玉米的品質和產量。研究玉米的高溫耐受機理對於提高玉米的脅迫耐受性和指導農業生產具有重要意義。本項目對重要經濟作物玉米高溫脅迫下參與回響的miRNA及其靶基因進行了系統的鑑定及功能研究。通過建立小RNA文庫、轉錄組文庫和降解組文庫，建立了玉米營養生長和生殖生長時期不同組織在短時與長時高溫脅迫下全基因組轉錄水平時空特異的表達圖譜，鑑定獲得一系列參與熱脅迫回響的miRNA及其隨從鏈miRNA*，包括一些未曾在其他物種中發現的新成員，同時也對這些高溫脅迫回響miRNA的靶基因進行了預測、表達分析和功能注釋，並對其下游基因的表達調控網路進行深入分析。另外，還發現大量24nt的siRNA在玉米的雄穗和根部顯著降低，同時產生這些siRNA轉座子附近基因的表達也呈現相同的下降趨勢，表明這些轉座子與其周圍基因的表達具有一定的關聯性；此外還發現一個來自於質體的19nt小RNA在高溫脅迫下發生大量富集，該19nt小RNA是來自於一個三角狀五肽重複（pentatricopeptide repeat，PPR）蛋白對葉綠體基因psbB的保護“印記”，表明高溫脅迫下PPR蛋白可能通過調控19nt小RNA的豐度抵禦或緩解高溫脅迫帶來的不利影響。項目同時也選取高溫脅迫回響中的關鍵miRNA進行功能研究，通過構建串聯短片段核酸靶標模擬技術（short tandem target mimic,STTM）抑制表達和CRISPR/CAS9基因編輯的方法，獲得了miRNA表達發生變化的轉基因植株，並對轉化植株脅迫相關性狀進行表型鑑定和分析。該研究對玉米高溫脅迫回響全基因組轉錄水平進行了詳細分析，揭示了一系列高溫脅迫回響關鍵調控因子，為玉米耐熱性的遺傳改良提供靶點，為通過分子設計育種改良玉米耐熱性提供了理論支持。