中科院朱健康 PNAS:中科院逆境中心朱健康研究组利用STTM技术发现水稻miRNA的新功能

2018-02-01
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文章简介：2017年5月1日,国际著名学术期刊<美国科学院院刊>在线发表了中国科学院上海生命科学研究院植物逆境生物学研究中心朱健康研究组的题为"Short tandem target mimic rice lines uncover functions of miRNAs in regulating important agronomic traits"的研究论文,研究利用STTM技术大规模沉默水稻miRNA,并发现了多种miRNA的新功能,为进一步深化miRNA功能研究和水稻遗传改

2017年5月1日,国际著名学术期刊《美国科学院院刊》在线发表了中国科学院上海生命科学研究院植物逆境生物学研究中心朱健康研究组的题为"Short tandem target mimic rice lines uncover functions of miRNAs in regulating important agronomic traits"的研究论文,研究利用STTM技术大规模沉默水稻miRNA,并发现了多种miRNA的新功能,为进一步深化miRNA功能研究和水稻遗传改良提供了有效资源。

micrornA (miRNA)是一类在生物体内普遍存在的非编码、长度约 21个核苷酸的小分子RNA,它在调控植物的器官发育、信号转导和响应逆境胁迫过程中起着重要作用。由于miRNA基因较小,且大多数miRNA家族都有多个成员组成,具有遗传冗余性,所以很难通过传统的基因功能缺失突变体的方式来研究miRNA的功能。

目前对miRNA的研究主要通过过量表达miRNA或过量表达miRNA抗性靶基因(miRNA-resistant)。

但miRNA一般调控多个靶基因,这些方法只能部分反应miRNA的功能。 近来发明的靶标模拟技术,例如靶标模拟(target mimic,TM)和短串联靶标模拟(short tandem targets mimic,STTM),可以有效的阻碍内源miRNA的活性,这使得从基因组水平大规模研究miRNA功能成为可能。

该工作利用STTM技术降低了35个水稻重要miRNA家族的表达水平,发现了水稻许多miRNA调控农艺性状的新功能,同时验证了miRNA也可以作为作物改良的重要靶标。在STTM-miRNA水稻株系中,发现miRNA参与调控了水稻株高、分蘖数、穗粒数等众多重要的农艺性状,且这种受调控的表型可在连续5代中稳定遗传。

通过这种方法,我们发现了多数miRNA具有一些重要的新功能,比如miR172具有影响茎的发育和穗的密度、miR156具有影响根发育的新功能。

同时,通过对miRNA的遗传调控,证明了miRNA可以作为作物改良的重要靶标。比如通过调控miRNA398的表达水平,可以提高水稻的穗长,穗粒数和穗长等,进而提高水稻的产量。

该工作不但扩展了我们对水稻中miRNA功能的认识,也为进一步研究水稻miRNA功能和水稻品种改良提供了宝贵的资源;而且水稻中miRNA的功能也能很好的扩展到其它重要农作物中。

利用STTM技术研究水稻miRNA发现其在调控许多重要农艺性状的重要功能

A:野生型与STTM156整体形态。B:水培7天的野生型与STTM156幼苗。C:野生型与STTM159种子长度。D:野生型与STTM159种子宽度。E:野生型与STTM160花药。F:野生型与STTM172茎节。G:F图中的STTM172放大。H:野生型与STTM398稻穗。I:野生型与STTM398种子长度。J:野生型与STTM398种子宽度。