miRNA394调控拟南芥叶片形态、盐和干旱胁迫的反应

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植物中的microRNA(miRNA)是一类非编码的小分子RNA。它不仅能调控植物的生长发育,还能影响植物对逆境胁迫的响应。本论文鉴定了拟南芥中miR394及其靶基因的功能。miR394的靶基因是一个F-box(SKP1-Cullin/CDC53-F-box)家族蛋白基因(Atlg27340,这里我们将其命名为LEAFCURLINGRESPONSIVENESS,LCR)。首先,我们发现miR394能够调控叶片卷曲的形态。lcr功能缺失突变体表现出植株矮化,叶形异常。在表达不受miR394调节的LCR过表达(35S∷m5LCR)和MIM394的植株中,叶片呈向下卷曲形态;相反,35S∷MIR394a/b植株表现出向上卷曲形态。表达分析显示,LCR存在一个最佳表达状态以维持叶片正常的表型,过低或者过高的LCR表达都会导致非正常的叶片形态,说明miR394对维持正常的叶片形态是必需的。由于生长素在叶片形态建成中发挥着重要的作用,所以我们用DR5-GUS报告基因观察了转基因植株中生长素的分布状态。与野生型植株相比,在lcr突变体和35S∷m5LCR植株中DR5的表达模式发生了明显的变化。此外,在35S∷m5LCR植株中,生长素相关的基因IAA3,AXR3和IAMT1表达明显下调;而在35S∷MIR394a植株中,这些基因表达上调。这些结果说明miR394及其靶基因LCR能够调控叶片形态的发育。  由于miR394能被环境胁迫所诱导,我们进一步研究了miR394可能参与调节植物对盐、干旱胁迫和ABA(abcisicacid)的响应。结果显示,miR394a/b均能被盐、干旱和ABA所诱导,而其靶基因LCR表达即被ABA所抑制。分析LCR的启动子转基因植株(pLCR∷GUS)发现,LCR在所有的发育阶段均能表达。35S∷MIR394a植株和lcr突变体植株对盐胁迫超敏感,主要反映在发芽率、根系伸长等生理指标上。而靶基因过表达植株35S∷m5LCR对盐胁迫不敏感。相反,35S∷MIR394a和lcr突变体植株能耐干旱胁迫,而35S:::m5LCR植株对干旱胁迫敏感。  研究表明,35S∷MIR394a和lcr突变体植株对0.5、1μMABA处理反应超敏感,同样反映在种子发芽及根生长上,而35S∷m5LCR植株对盐胁迫不敏感。35S∷m5LCR植株对ABA诱导的气孔关闭不敏感,因此在干旱胁迫下较易死亡;而在相同情况下,35S∷MIR394a和lcr突变体植株反应正好相反。进一步测定了35S∷MIR394a和35S:m5LCR植株中ABI3、ABI4、ABI5、ABF3和ABF4的基因表达,发现上述基因在35S∷MIR394a植株中上调。将35S∷MIR394a植株分别与abi4-1和abi5-1植株杂交,发现杂交植株对ABA不敏感。上述结果表明miR394及其LCR参与植物对环境胁迫的反应,而这种反应与ABA通路有关,说明miR394调节的盐和干旱胁迫反应依赖于ABA信号途径。
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