玉米苗期microRNA介導(dǎo)的干旱防御機(jī)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(yán)重影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和栽培范圍。解決這個(gè)問(wèn)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(yīng)用分子遺傳學(xué)方法研究作物耐旱機(jī)制并通過(guò)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(biāo)。因此，深入研究植物響應(yīng)干旱脅迫的分子機(jī)制將有助于作物耐旱性的遺傳改良。植物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，通過(guò)誘導(dǎo)表達(dá)某些抵御或防衛(wèi)途徑的關(guān)鍵基因來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)。干旱脅迫不僅會(huì)誘導(dǎo)植物蛋白質(zhì)編碼基因的表達(dá)，也會(huì)誘導(dǎo)

2、一些非蛋白質(zhì)編碼基因(如microRNA：miRNA)的表達(dá)。干旱逆境會(huì)誘導(dǎo)miRNA的產(chǎn)生，其作用是通過(guò)引導(dǎo)目的基因mRNA的降解和阻止翻譯過(guò)程來(lái)調(diào)控靶基因，最終導(dǎo)致植物形態(tài)或生理上的變化達(dá)到對(duì)植物干旱逆境的適應(yīng)。
　　 本研究以耐旱玉米自交系X178 為材料，利用一個(gè)含有10.0 版本所有653個(gè)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(yīng)的m

3、iRNAs，分析miRNAs及其靶基因在脅迫條件下的表達(dá)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(gè)在1％的顯著性水平表達(dá)發(fā)生改變的miRNAs，檢出率約5.46％(34/623)。34個(gè)差異表達(dá)的miRNAs中的11個(gè)，可歸于8個(gè)玉米miRNA 家族，其余的miRNAs 屬于其它6個(gè)植物物種的11個(gè)miRNA 家族。
　　 2.聚類分析發(fā)現(xiàn),34個(gè)干旱脅迫響

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

5、因，并對(duì)其分別進(jìn)行了功能注釋。miRNA 靶基因的生物學(xué)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(yù)測(cè)軟件檢測(cè)了32個(gè)靶基因5'上游啟動(dòng)子區(qū)域的關(guān)鍵脅迫響應(yīng)順式元件。其中，ABRE是在玉米葉片干旱脅迫響應(yīng)miRNA 靶基因啟動(dòng)子區(qū)域出現(xiàn)頻率最高，為65.6％(21/32)。這說(shuō)明大多數(shù)miRNA 靶基因存在玉米依賴ABA的水分脅迫響應(yīng)途徑中。采用RT-PCR的方法，我們驗(yàn)證了其中8個(gè)靶基因的表達(dá)模式，結(jié)果分別與它

6、們對(duì)應(yīng)的miRNA 功能基本一致。
　　 4.檢測(cè)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(guò)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