Bna-miR399c在调节甘蓝型油菜低磷胁迫响应中的功能研究

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油菜是世界上四大油料作物之一,也是我国的主要油料作物。目前,甘蓝型油菜是我国的主要栽培油菜类型,规模化种植甘蓝型油菜对于我国食用植物油的需求供应的保障方面发挥着关键性作用。土壤中含有丰富的总磷,但植物能够利用的无机磷(Pi)的含量却很低,深刻影响着甘蓝型油菜的品质与产量,以至达不到生产供应上的需求。研究发现,miRNA在植物参与生长发育、营养胁迫等的调节过程中发挥重要作用,miR399参与低磷胁迫在拟南芥中得到验证,并且在水稻、玉米等物种中也相继得到证实,但是对于甘蓝型油菜却未见报道,亟待开展相关研究。因此,本研究以Bna-miR399c为研究对象,主要从分子水平和生理水平探究Bna-miR399c在低磷响应下的生物学功能和分子机制,主要的实验结果如下:1.对甘蓝型油菜J9712品种进行低磷胁迫(1 μM Pi)处理,表达量检测发现,低磷处理下后Bna-miR399可被诱导进行表达,并且Bna-miR399c的表达量较高。结果表明,Bna-miR399c受到低磷胁迫的诱导,参与甘蓝型油菜响应低磷胁迫的调控过程。2.通过PCR技术成功克隆获得Bna-miR399c、BnaPHO2目的基因片段,构建完成相应的过表达载体(OE-Bna-miR399c、OE-BnaPHO2),利用农杆菌介导的甘蓝型油菜的下胚轴遗传转化体系成功获得相应的过表达转基因阳性植株,通过qPCR测定过表达阳性植株中Bna-miR399c的表达水平,Bna-miR399c显著上调。3.对Bna-miR399c过表达植株和对照J9712植株同时进行低磷处理,发现过表达Bna-miR399c植株地上部高度与生物量显著高于对照,根部主根长度增加,侧根数目增多,后续继续进行低磷处理观察叶片发现,J9712材料的老叶叶片边缘叶色发紫,而过表达Bna-miR399c 阳性植株中叶片的边缘叶色几乎无紫色,表明低磷胁迫下过表达Bna-miR399c的转基因植株生长情况优于J9712,对于低磷环境的耐受能力更强。而BnaPHO2过表达植株苗期与对照相比,地上部高度和生物量呈现出明显的降低趋势,产生磷敏感的现象。4.对低磷条件下相关生理指标和磷转运相关基因的表达情况进行检测分析,发现Bna-miR399c过表达植株体内无机磷和叶绿素的含量均高于J9712,而花青素含量相反,显著小于对照,此结果表明过表达Bna-miR399c后可以赋予甘蓝型油菜更好的抗低磷胁迫的特性。通过qPCR证实与对照相比,低磷处理后Bna-miR399c过表达植株通过上调表达磷转运相关基因以促进对无机磷吸收与转运,从而增强甘蓝型油菜对缺乏磷营养的耐受性。5.通过qPCR测定表达量发现,Bna-miR399c受低磷诱导上调表达,而其靶基因BnaPHO2则发生下调表达,表明Bna-miR399c负调控靶基因BnaPHO2,同时借助双荧光素酶报告系统也证实Bna-miR399c对BnaPHO2具有明显的抑制作用。6.亚细胞定位分析发现BnaPHO2和BnaPHO1均可能定位在细胞质和细胞核上,酵母转录活性分析表明BnaPHO1/2全长蛋白没有自激活活性,并且BiFC证明BnaPHO2可以与BnaPHO1蛋白发生相互作用。综上所述,在低磷胁迫条件下,过表达Bna-miR399c植株中靶基因BnaPHO2的表达受到抑制,促进其互作基因BnaPHO1的表达,并通过增加主根长度、侧根数目和Pi的装载以增强植株对土壤中Pi的吸收与转运,并通过长距离传输以促进植株地上部分的生长,从而使得甘蓝型油菜对低磷胁迫的耐受性增强。Bna-miR399c相关遗传材料的创建,能够为甘蓝型油菜的种质创新和提高营养胁迫的抗性实现增产的目的提供科学依据。
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