miR1507調節大豆耐缺磷脅迫機理的研究

《miR1507調節大豆耐缺磷脅迫機理的研究》是依託杭州師範大學，由曾後清擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：miR1507調節大豆耐缺磷脅迫機理的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：曾後清
• 依託單位：杭州師範大學

項目摘要

磷是植物生長必需的營養元素，但土壤中磷的有效性差是當今農業生產中的一個主要問題。大豆是我國主要經濟作物，缺磷是限制大豆產量提高和品質改良的一個主要因素。miRNA在植物磷素代謝與平衡的調節上具有重要作用，但目前清楚的具有相關功能的miRNA還不多，尤其在豆科作物中的研究更是非常有限。本項目擬研究一個受缺磷誘導的豆科特異的miRNA，miR1507，在調節大豆耐缺磷脅迫上的作用機理。通過啟動子融合GUS、啟動子磷回響元件缺失等方法分析miR1507對缺磷回響的調控機制。為探明miR1507及其靶基因在調控缺磷脅迫耐性反應中的具體功能，通過RACE方法鑑定miR1507所調控的靶基因，再創建大豆miR1507及其靶基因過量表達株系，然後分析不同株系對缺磷脅迫的生理生化反應，並鑑定下游可能受調控的基因。本項目將對闡明豆科特異miRNA調節豆科植物缺磷脅迫耐性反應的機制具有重要的理論意義。

結題摘要

大豆是一種重要的經濟作物也是一種潛在的能源植物，缺磷是影響大豆產量和品質的一個主要因素。miRNA在植物磷素代謝與平衡的調節上具有重要作用，但目前大豆中調節磷素代謝與平衡的miRNA的功能的研究還很少。在本項目中，我們通過數字表達譜測序在全基因組範圍內挖掘了大豆根系中對缺磷回響的基因，包括了某些缺磷回響miRNA的靶基因，然後對缺磷回響基因的可能的生物學功能進行分類，並通過qRT-PCR驗證了它們對缺磷的回響。我們然後在擬南芥中挑選了兩個缺磷回響的miRNA，miR408和miR447，進行功能研究。研究結果表明大豆根系中總共有1612個基因對缺磷回響，其中727個基因上調，885個基因下調。這些缺磷回響基因包含了一些可能參與磷酸鹽平衡、養分吸收和運輸、活性氧平衡、鈣信號、激素信號和基因轉錄的基因，其中6個基因為miRNA的靶基因，比如miR399、miR1510和miR3508。基因本體富集分析發現，總共有17個生物學過程的條例顯著富集，包含光合作用、鐵離子運輸、dUPT代謝、細胞壁組成、脂肪酸代謝和脅迫反應。我們從這些缺磷回響基因中隨機挑選了30個進行qRT-PCR驗證，發現絕大部分基因（29個）的表達模式與數字表達譜的結果類似。因為考慮到大豆遺傳轉化體系還不夠成熟，而擬研究的miR1507又為豆科植物特有的miRNA，在擬南芥等植物中還沒有。因而miR1507與缺磷脅迫反應的功能不便於在大豆中研究，也不能轉移到擬南芥中進行研究。為此，我們在擬南芥中選擇了兩個缺磷回響，但具體功能仍不明確的miRNA，miR408和miR447，進行功能上的研究。我們通過構建miR447和miR408過表達轉基因植物並分析它們對缺磷脅迫的反應，研究結果表明所構建的過表達植株中miRNA的表達量升高，而其靶基因的表達量下降，並且在缺磷條件下miR447和miR408過表達植株的根長和生物量相較於野生型明顯增加，說明miR477和miR408通過調控靶基因參與了植物對缺磷脅迫的抗性。以上實驗結果可為大豆缺磷反應調控網路的鑑定提供信息，也為大豆缺磷脅迫的分子適應機理提供依據。