《MiR397介導的LAC沉默對水稻雄性不育的調控機制研究》是依託中山大學，由張玉嬋擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：MiR397介導的LAC沉默對水稻雄性不育的調控機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張玉嬋
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
水稻雄性不育相關研究一直在水稻研究中具有重要地位，儘管國內外在雄性不育研究領域至今已經取得了巨大的進展，但目前鑑定出的調節水稻雄性不育的基因種類還十分有限，尤其是對調控水稻育性的microRNA（miRNA）鑑定還十分缺乏。我們前期研究發現，在水稻幼穗和雄蕊中高表達的miRNA－miR397不僅參與調控水稻的產量，還在調控水稻雄蕊育性方面有著顯著的作用。這一調控作用是通過下調其靶基因漆酶（LAC）而實現的。在此基礎上，本項目擬展開以下研究：（1）系統地分析miR397介導的LAC沉默對水稻雄性不育性狀的調控過程，明確其在雄蕊發育中行使的功能；（2）進一步研究該通路調控水稻育性的機制，通過分析幼穗中糖份分配、花葯和花絲部分的ROS和PCD的產生等，闡明miR397-LAC調控通路控制水稻雄性不育性狀的機制。該項目的實施和完成可為水稻育性研究、優良稻種的選育提供新的思路和基因資源。
結題摘要
雄配子的生殖發育是水稻生命周期最複雜的生物學過程之一，其發育的異常直接影響水稻的結實率，並造成減產；同時，雄性不育也是水稻雜交育種重要的遺傳學基礎，因此，水稻雄配子生殖發育的研究對提高產量具有重要意義。microRNA（miRNA）是一類長約20-24nt的內源小分子非編碼RNA，在生物的生長發育過程中起到重要的調控作用。在早期的研究工作中，我們鑑定了一批在水稻愈傷組織分化過程中有差異表達的microRNA，如OsmiR397、OsmiR408及OsmiR528等，進一步研究發現，OsmiR397可以通過指導對靶基因漆酶OsLAC13的切割，正調控水稻產量，同時OsmiR397及其靶基因漆酶OsLAC13過表達還影響水稻的結實率，說明該miRNA可能參與了水稻生殖發育過程的調控。為深入闡明這些非編碼RNA在水稻生殖發育過程中的作用，我們對其功能和作用機製做了深入研究，獲得了以下重要結果： 1. OsmiR397可以通過下調靶基因OsLAC13的表達，調控水稻雄配子生殖發育，但不影響雌配子發育。過表達OsmiR397可以提高水稻結實率，花粉粒直徑、花葯長度均有增加，反之，過表達OsLAC13則導致水稻結實率顯著下降，花粉粒直徑變小，無法正常積累澱粉，花粉萌發受阻，花葯變短並褐化。 2. 為闡明OsmiR397介導的靶基因OsLAC13沉默調控水稻雄配子生殖發育的分子機制，我們對OXLAC13花粉發育做了深入研究，發現OsLAC13過表達造成二胞花粉期澱粉積累受阻，但並不影響花粉前期發育，這可能是通過影響糖分的運輸過程而實現的。進一步分析發現， OsLAC13過表達可誘導H2O2在花絲和藥隔維管束的大量積累，同時超薄電鏡結果顯示，藥隔維管束薄壁細胞線粒體數量和完整性被破壞，說明OsLAC13過表達誘導H2O2的積累破壞了線粒體的功能，從而影響花絲和藥隔維管束對營養物質的運輸，最終造成花粉澱粉積累受阻，導致育性下降。 3. 我們也鑑定了其他調控水稻生殖發育的非編碼RNA-lncRNA，並對其功能進行了初步研究。 以上研究不僅豐富了水稻雄性生殖發育的非編碼RNA調控網路，也為水稻育種提供有效的基因資源。
