柽柳miRNA调控耐盐性的分子机理研究

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jtls
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盐碱地产生的高盐胁迫直接影响作物产量,中国盐碱地面积约20多万平方公里,理解植物耐盐机制、利用抗逆育种手段充分利用盐碱地,对提高我国农业综合生产能力、解决粮食危机意义重大。相比草本植物,耐盐树种具有高度耐盐的优良特性,研究其耐盐调控机理可以进一步阐明植物的耐盐机制。非编码小分子微小RNA(micro RNA,mi RNA)在植物的逆境胁迫响应中发挥重要的调控功能,研究林木mi RNA的转录后调控机制,阐明其调控耐盐性的分子机理,对耐盐种质资源评价和植物抗逆遗传改良具有重要的指导意义。盐生植物柽柳(Tamarix chinensis Lour.)作为耐盐性最高的树种之一,是林木耐盐性研究的优良材料。本研究利用小RNA测序技术,进行了柽柳mi RNA的全基因组扫描,预测了mi RNA和靶基因的调控网络,鉴定了两个盐胁迫诱导的mi RNA(tch-mi R156和tch-mi R164)及其靶基因,并进行了分子互作验证。通过抗性靶基因的异源过表达,初步验证了tch-mi R156和tch-mi R164为柽柳耐盐性正调控因子。主要研究结果如下:I.对盐胁迫下的柽柳根部组织进行小RNA测序,预测了288个mi RNA并建立了其在根部组织的表达谱,预测到191个差异表达mi RNA和706个靶基因,联合柽柳转录组数据所注释的盐胁迫相关基因,预测了柽柳mi RNA-耐盐靶基因调控网络。II.根据mi RNA表达谱,结合茎环引物定量PCR验证,筛选出3个胁迫显著诱导的mi RNA(ath-mi R164a,ath-mi R156a和ath-mi R157a)为候选mi RNA;通过荧光定量PCR,构建了盐胁迫下mi RNA靶基因家族的表达谱,筛选出NAC(No Apical Meristem,ATAF1/2and CUC2;’无顶端分生组织’、’拟南芥激活因子’和’杯状子叶’的缩写)和SBP(SQUAMOSA promoter binding protein;花分生组织特征基因启动子结合蛋白)两个转录因子家族为候选靶基因家族。III.利用从头预测的方法,预测到ath-mi R164a,ath-mi R156a成熟体对应的初级转录本,通过RACE技术克隆了柽柳tch-mi R164和tch-mi R156基因全长,构建了mi RNA瞬时过表达载体,结合双荧光素酶报告载体共转化原生质体,验证了mi RNA156的5个靶标(SBP1-5)和mi RNA164的3个靶标(NAC1-3)。IV.通过RACE技术克隆了5个SBP靶基因全长和3个NAC靶基因全长,并进行了胁迫下组织表达模式分析,筛选出根中特异性表达且迅速受盐胁迫抑制的NAC1,以及在根、茎、叶中表达模式一致的且和mi RNA156表达量显著负相关的SBP5,作为功能验证的靶基因。通过NAC1和SBP5的mi RNA响应元件多点突变,获得了mi R156抗性靶标r SBP5和mi R164抗性靶标r NAC1,并验证了抗性靶标为典型的核定位。V.抗性靶标r SBP5和r NAC1的遗传转化结果表明,NAC1和SBP5超表达拟南芥在0.3%盐胁迫下,种子发芽率显著低于野生型,幼苗根系和子叶生长显著减缓,受到明显的胁迫抑制,且相比SBP5超表达,NAC1超表达对种子发芽率以及幼苗的抑制效应更为显著。相比野生型,转基因NAC1和SBP5拟南芥耐盐性显著下降,处于盐敏感状态。通过异源表达柽柳靶基因,首次揭示了柽柳NAC1和SBP5负调控耐盐性。综上,本研究表明,tch-mi R156通过转录后沉默靶基因SBP5,抑制其对植株的盐敏感诱导;tch-mi R164通过转录后沉默靶基因NAC1,抑制其对植株的盐敏感诱导,tch-mi R156和tch-mi R164为耐盐性的正调控因子。结合已有报道,柽柳耐盐性调控模式推测如下:高盐胁迫下,胁迫信号诱导tch-mi R156和tch-mi R164基因上调表达,短时间内积累大量tch-mi R156和tch-mi R164成熟体,分别介导靶基因SBP5和NAC1的转录后沉默,导致有效转录因子不足,下游基因转录活性和丰度下降,柽柳脱离盐敏感状态,表现为高耐盐性。tch-mi R156和tch-mi R164通过转录后沉默NAC1和SBP5,调控柽柳适应盐胁迫。
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