玉米苗期microRNA介導的干旱防御機制研究.pdf

1、干旱是限制世界作物生產(chǎn)的最主要環(huán)境因子之一，它嚴重影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和栽培范圍。解決這個問題的有效途徑之一是培育和利用優(yōu)良的耐旱作物品種。應用分子遺傳學方法研究作物耐旱機制并通過基因工程培育耐旱作物品種已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究的重要目標。因此，深入研究植物響應干旱脅迫的分子機制將有助于作物耐旱性的遺傳改良。植物在長期的進化過程中，通過誘導表達某些抵御或防衛(wèi)途徑的關(guān)鍵基因來實現(xiàn)對干旱脅迫的響應。干旱脅迫不僅會誘導植物蛋白質(zhì)編碼基因的表達，也會誘導

2、一些非蛋白質(zhì)編碼基因(如microRNA：miRNA)的表達。干旱逆境會誘導miRNA的產(chǎn)生，其作用是通過引導目的基因mRNA的降解和阻止翻譯過程來調(diào)控靶基因，最終導致植物形態(tài)或生理上的變化達到對植物干旱逆境的適應。
　　 本研究以耐旱玉米自交系X178 為材料，利用一個含有10.0 版本所有653個已知植物成熟miRNA 探針的μParaflo TM 微流體芯片(LC science，USA)，搜尋了玉米葉片中干旱脅迫響應的m

3、iRNAs，分析miRNAs及其靶基因在脅迫條件下的表達模式。其主要研究結(jié)果包括：
　　 1.在玉米干旱脅迫的葉片組織中，用miRNA 芯片雜交技術(shù)共獲得了34個在1％的顯著性水平表達發(fā)生改變的miRNAs，檢出率約5.46％(34/623)。34個差異表達的miRNAs中的11個，可歸于8個玉米miRNA 家族，其余的miRNAs 屬于其它6個植物物種的11個miRNA 家族。
　　 2.聚類分析發(fā)現(xiàn),34個干旱脅迫響

4、應miRNAs，或被誘導或被抑制，并在不同的干旱處理時期表現(xiàn)出3種不同的表達趨勢。在干旱處理早期(24 h),8個miRNAs被誘導表達，之后它們的表達量又恢復到正常水平；10個miRNAs 下調(diào)表達，隨著脅迫的進行，其表達量上升。另外，16個miRNAs的表達受干旱脅迫所抑制。miRNAs的不同表達模式反映了在不同干旱脅迫時期玉米miRNAs的響應不同。
　　 3.基于生物信息學方法，獲得了干旱脅迫響應miRNAs的32個靶基

5、因，并對其分別進行了功能注釋。miRNA 靶基因的生物學功能大致分為調(diào)節(jié)蛋白和功能蛋白兩大類型。采用PlantCARE模體預測軟件檢測了32個靶基因5'上游啟動子區(qū)域的關(guān)鍵脅迫響應順式元件。其中，ABRE是在玉米葉片干旱脅迫響應miRNA 靶基因啟動子區(qū)域出現(xiàn)頻率最高，為65.6％(21/32)。這說明大多數(shù)miRNA 靶基因存在玉米依賴ABA的水分脅迫響應途徑中。采用RT-PCR的方法，我們驗證了其中8個靶基因的表達模式，結(jié)果分別與它

6、們對應的miRNA 功能基本一致。
　　 4.檢測了植株體內(nèi)ABA、游離脯氨酸的含量、POD活性，miR474b 靶基因脯氨酸脫氫酶(Proline dehydrogenase，PDH)基因、miR528 靶基因過氧化物酶(peroxidase,POD)基因、miR168a 靶基因促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)基因以及miR167d 靶基因磷脂酶D(phosph