湖北大学袁文雅课题组揭示miR156和miR529协同调控水稻发育的分子机制

以下文章来源于The Crop Journal ，作者编辑部

MicroRNA（miRNA）作为一类在动植物中广泛分布的长约20 nt的小分子RNA，可通过与靶基因mRNA之间的碱基互补配对抑制靶基因的表达，进而调控动植物的生长发育。miR156和miR529是植物中保守的miRNA家族，二者成熟序列具有极高的相似性。研究发现，水稻miR156和miR529均可识别靶基因OsSPL14，参与水稻的分蘖发育调控。然而，二者的进化关系及对共同靶基因OsSPL14的识别方式和调控模式尚不清楚。

近日，湖北大学袁文雅课题组在The Crop Journal在线发表了题为“Functional conservation and divergence of miR156 and miR529 during rice development”的研究论文，揭示了miR156与miR529通过分工合作的方式精细地调控植物生长发育，对全面认识植物中这两类保守miRNA的功能具有重要意义。

序列分析表明，miR529具有鲜明的物种特异性。目前，仅在水稻、小麦、高粱、小立碗藓等单子叶或苔藓类植物中发现共计32个成员，而在拟南芥等双子叶植物中完全缺失。与miR529相比，miR156具有更广泛的物种分布、更多的家族成员以及更保守的序列特征。水稻miR156和miR529的成熟序列非常相似，且对共同的靶基因OsSPL14共享16个碱基的结合位点。表达谱分析表明，miR156在侧芽和成熟剑叶等营养组织中表达量较高，miR529则特异性地在幼穗中高度表达。miR156和miR529的组织特异性表达可能与其发挥功能的部位密切相关。RLM-RACE实验首次鉴定到miR156与miR529分别在水稻的营养器官和生殖器官中对OsSPL14存在有效的转录后调控，说明二者在水稻营养生长和生殖发育中表现出明显的分工合作（图1）。

超表达miR156和miR529导致水稻出现分蘖多、植株矮化、穗小及粒大的表型。利用target mimicry技术对水稻体内的miR156和miR529进行了沉默，进一步证明miR156和miR529参与调控水稻分蘖、株高、穗型、粒型等重要的农艺性状。为探究miR156和miR529调控籽粒大小的细胞学机制，研究者利用扫描电镜观察种子颖壳外表皮细胞，发现miR156和miR529超量表达植株籽粒变大主要是由于颖壳外表皮细胞变大导致（图2）。对幼穗中细胞周期相关基因的表达量进行分析，发现miR156和miR529超量表达的植株中，部分CDK家族、CYCLIN家族以及MCM家族成员的表达量显著增加（图2）。该研究结果表明，miRNA可作为重要的调控分子精细调节作物多种重要农艺性状的形成，在水稻分子设计育种实践中有很好的应用潜力。

图1 miR156与miR529分别在水稻的营养器官和生殖器官调控靶基因OsSPL14

图2 miR156和miR529通过影响细胞周期基因的表达从而调控水稻粒型

作者和基金项目

湖北大学生命科学学院青年教师李燕、中国农业科学院油料作物研究所助理研究员何贻洲以及湖北大学硕士研究生秦天为该文共同第一作者，湖北大学生命科学学院袁文雅教授和李燕博士为共同通信作者，湖北大学为第一完成单位。该研究得到国家自然科学基金项目（32101746，31872811）和湖北省自然科学基金计划项目（2021CFB033，2022CFB393）的资助。袁文雅教授团队长期从事植物表观遗传学、作物功能基因组学和遗传学研究，具体包括拟南芥开花调控网络解析，水稻和油菜的株型、抗病相关功能基因的挖掘及优良种质资源的创制等。该团队近年来在Nature Genetics、Nature Plants、Molecular Plant、Current Opinion in Plant Biology、New Phytologist、Plant Biotechnology Journal、Plant Communications、The Plant Journal、Rice、Theoretical and Applied Genetics等学术期刊上发表多篇高水平研究论文，团队成员先后主持多项国家自然科学基金﹑湖北省自然科学基金、中国博士后科学基金及校企合作横向项目。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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