microRNA介導植物成花素基因表達調控的機理研究

《microRNA介導植物成花素基因表達調控的機理研究》是依託浙江大學，由武亮擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：microRNA介導植物成花素基因表達調控的機理研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：武亮
• 項目類別：面上項目

項目摘要

開花時間早晚直接決定作物品種的廣適性。作為最重要的開花路徑整合因子，成花素由FT基因編碼，在不同植物中相當保守。儘管目前報導了大量FT基因調控因子，但其均在轉錄水平調控FT，FT 是否受轉錄後水平少有報導。經前期青年基金支持，我們發現了模式植物短柄草中miR5200可以通過剪下FT mRNA直接參與光周期介導的植物開花過程。然而，miR5200受光周期路徑哪些蛋白的直接調控、miR5200是否受其他開花路徑的影響還不清楚。本項目將通過遺傳學、分子生物學等方法，開展三方面研究：（1）尋找光周期路徑中調節miR5200表達的直接上游因子；（2）闡明miR5200上游調控因子的分子作用機制；（3）明確miR5200表達是否受環境溫度、植物激素開花路徑的影響。本研究不僅將為解析植物在轉錄後水平調控FT基因表達的分子機制提供直接基礎，而且將為小麥等溫帶禾穀類作物廣適性育種提供理論依據。

結題摘要

開花是植物生命延續的重要過程，解析植物開花機制可為作物抽穗期性狀改良奠定理論基礎。FT編碼植物開花成花素信號分子，在各條開花路徑中發揮整合因子作用。FT家族蛋白的生物學功能和基因表達調控研究對於解析各條開花通路具有重要意義。 先前我們發現miR5200受短日照條件誘導，通過剪下FT1與FT2 靶標mRNA，抑制二穗短柄草在短日照條件開花，參與光周期開花途徑。本項目我們一方面通過分子生物學方法，發現NF-YB類轉錄因子可以結合MIR5200基因順式作用元件，可能通過調控成熟miR5200表達，介導二穗短柄草光周期開花調控；另一方面，我們發現了一個與miR5200類似、在短日照條件下誘導的FT家族基因（FTL9）。生化手段證明，FTL9可以與14-3-3和FD相互作用，形成開花誘導複合物；遺傳學研究證明，在短日照條件下，ftl9突變體開花時間顯著延遲，而過量表達FTL9的轉基因植株開花提前，表明FTL9是二穗短柄草在短日照條件開花的促進因子。有意思的是，過量表達FTL9的轉基因植株雖然短日照開花提前，但晚於FT1過表達轉基因植株，暗示FTL9誘導開花的能力較弱；進一步生化研究證明，與FT1相比，FTL9開花誘導複合物激活下游開花基因的能力較弱，且FTL9 PEBP結構域是造成其特異生物學功能的重要原因。該研究為揭示長日照植物為何可以在短日照條件開花這一長期困擾人們的問題提供了很好的解釋，相關研究成果2019年發表在Nature Communications上，且被F1000推薦為優秀論文，本項目為第一標註。 此外在本項目資助下，我們還發現FT2可以發生選擇性剪下，後續研究證明FT2的可變剪下介導了二穗短柄草年齡開花調控。相關研究成果發表在2017年Nature Communications上。 本項目資助的研究成果為揭示禾本科植物特異成花機理提供了重要啟示。