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microRNA调控植物营养代谢和形态建成的分子机制
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  • 公布年份:
    2016
  • 中图分类:
    Q786
  • 关键词:
  • 成果简介:
    microRNA(miRNA)是一类由非编码RNA前体加工而成的20-24个核苷酸的small RNAs。植物miRNA参与了植物生长发育,营养代谢以及逆境响应等过程。该研究成果是2004年至2014年期间关于miRNA调控植物营养代谢和形态建成的系统研究工作集成。首先,揭示了miR395调控植物适应缺硫环境的分子机制。miR395靶向分别编码硫酸根同化蛋白的APS基因和编码硫酸根转运蛋白的SULTR基因。在缺硫环境下,miR395的表达受到了强烈的诱导。在正常情况下,硫可以从老叶向嫩叶转运。而在缺硫情况下,伴随着miR395表达的增加,硫从老叶向嫩叶的转运受到了明显的抑制,这解释了为什么植物在缺硫的时候嫩叶首先表现出黄化。过量表达miR395可以导致植物积累10倍于野生型的硫含量,而缺硫时植物可以通过上调miR395的表达提高硫的吸收,这揭示了植物适应缺硫环境的一种分子调节机制。其次,研究了miRNA调节植物适应低氮环境的分子机制。鉴定了24个受低氮抑制表达的miRNA和10个受低氮诱导表达的miRNA。低氮抑制表达的miRNA里有15个分别直接参与了植物磷、硫和铜元素的代谢,表明miRNA在调控植物营养元素稳态方面起着关键的作用。低氮通常会影响植物的根系发育,在低氮情况下,miR160和miR167可以直接负调控其靶基因生长素响应因子的表达从而影响根的形态建成,而miR171则可以通过调控它的SCL靶基因调控根系发育。通过进化分析和实验验证,课题组发现了一个新的miRNA基因miR5090。进一步分析证实,两个miR826和miR5090基因共同起源于其靶基因的反向重复,并且这两个miRNA共同靶向AOP2基因,这揭示了新miRNA的起源机制。在低氮情况下,植物可以上调miR826和miR5090的水平,从而抑制AOP2的表达;伴随着AOP2的下降,芥子油苷的合成受到抑制,从而减少植物对氮的消费,最终使得植物表现出更强的低氮适应性。再次,研究了miR396调控植物叶和花形态建成的分子机制。组成型表达miR396的转基因拟南芥发育了小而窄的叶片,并且它的7个GRF基因的表达水平受到了明显的抑制。课题组也在烟草中证实了miR396通过控制GRF基因的表达调控植物叶片的发育,表明了miR396在不同植物种中的功能保守性。进一步的工作表明,miR396通过调控GRF基因的表达,进而影响GRF-GIF复合物的形成,最终控制植物叶和花器官的发育。该研究成果包括8篇代表性论文,包括国际顶级刊物Plant Physiology 2篇,Plant Journal 1篇,JCR前15%的期刊7篇,累计SCI影响因子33.76,他引总共322次,平均每篇被他人引用40.25次。
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