OsmiR5506调控水稻胚囊和花器官发育研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fuyueliang
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Micro RNAs(miRNAs)是一类长20-24 nt的内源非编码小RNA,在植物中主要通过靶向互补序列调控靶基因的表达,在植物生殖发育过程中发挥重要的作用。迄今为止,水稻miRNAs的鉴定与功能分析取得进展,但是miRNAs调控水稻生殖发育的具体途径尚需深入探讨,特别与胚囊发育相关的miRNAs鲜有报道。本实验室前期鉴定出OsmiR5506在水稻生殖发育时期特异表达,并构建OsmiR5506的增强表达载体,利用农杆菌介导法转化日本晴,获得转基因植株OE5506。本研究在此基础上,从OsmiR5506的表达模式、生物学功能及其调控的靶基因进行研究,取得如下的研究结果:OsmiR5506影响水稻胚囊育性与花器官发育。与野生型(日本晴)相比,OE5506植株中OsmiR5506表达显著增加。OE5506花器官变异频率为52.60%,主要表现为浆片过度发育,花药数目异常,每朵颖花数目在2-8枚之间。OE5506结实率下降的主要原因是成熟胚囊败育,OE5506成熟胚囊的异常频率高达73.27%。在OE5506胚囊早期的发育过程中,胚囊异常发育频率较高(70.20%),主要表现为大孢子母细胞数目异常(49.01%)。对日本晴和OE5506减数分裂期的子房进行转录组测序,发现OsmiR5506过量表达影响胚囊和花器官发育相关基因的表达水平,其中包括Os MSP1、Os MSH4、RAD51C、DL、JAZ1和OSH1等。OsmiR5506调控靶基因Os REM16的表达。在OE5506中,定量RT-PCR和转录组鉴定了7个下调表达的候选靶基因。RLM-RACE验证,OsmiR5506在靶基因LOCOs03g11370(Os REM16)c DNA序列5’UTR处行使切割功能,且切割位置在第6个与第7个碱基之间,切割频率为19/19。OsmiR5506和靶基因Os REM16均在水稻生殖发育时期特异性表达,OsmiR5506在花药中表达量较高,靶基因Os REM16在子房中表达量较高,二者表达趋势完全相反。靶基因Os REM16在OE5506的表达量显著低于日本晴中的表达量,表明OsmiR5506负调控靶基因Os REM16的表达。Os REM16影响水稻胚囊育性和花器官发育。烟草瞬时表达结果表明,Os REM16在细胞核和细胞膜中都有表达。Os REM16的CRISPR-Cas9敲除突变体Osrem16-2也出现花器官发育缺陷,表现为稃片、花药、子房、柱头数目和结构异常,花药着生位置发生改变。Osrem16-2的结实率显著下降,成熟颖花花药为白色,药室内无花粉粒着生,成熟胚囊退化。酵母双杂试验结果表明,Os REM16与花器官发育相关基因Os MADS7、Os MADS34在体外发生互作。综上所述,本研究揭示了OsmiR5506介导Os REM16的表达,影响水稻胚囊育性和花器官的发育,为进一步探讨miRNAs在水稻生殖发育中作用的分子机理提供重要的基础。
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