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镉(Cadmium, Cd)是主要的重金属污染元素,水稻(Oryza sativa)是重要的粮食作物。Cd严重影响水稻的生长和产量,并危害人体健康。microRNA (miRNA)是一类新型的调控基因表达的小分子RNA,它对植物生长发育以及多种逆境胁迫响应的调节发挥着重要作用。研究miRNA在水稻重金属Cd胁迫应答过程中的功能,将有助于加强对基因表达调控机制和植物重金属耐性分子机理的理解,也可为通过小分子RNA的遗传操作改良作物的抗逆性提供新思路。本研究以粳稻中花11为材料,利用miRNA微阵列芯片和荧光定量PCR技术筛选、验证得到了19个与Cd胁迫应答相关的miRNA。miR528在Cd胁迫下表达显著上调,miRl66、miR171、miRl68、miR162、miR396、miR390、miR156、miR1432和miR444b.1等的表达则受到显著抑制。对Cd胁迫下差异表达的miRNA的靶基因进行生物信息学预测,发现这些靶基因多为调节性基因,包括调控下游基因表达的转录因子,参与信号转导的蛋白激酶和钙调素结合蛋白等。它们参与调控植物的生长发育、信号转导以及多种胁迫反应。并从中选取三对miRNA及其靶基因：miR166/HD-Zip、miR390/RLK和miR168/AGO,检测它们在Cd胁迫下的表达。发现在Cd处理3,6,12,24 h的不同时间点下,这三对miRNA/靶基因均基本呈现出相反的表达模式,这一结果验证了miRNA对其靶基因的表达负调控。对Cd胁迫下差异表达的miRNA基因启动子区进行顺式作用元件分析,发现与其它水稻miRNA相比,芯片筛选出来的Cd胁迫下差异表达的miRNA基因启动子区,重金属响应元件MRE的分布相对更为密集。并且,MRE的分布具有家族特异性,其主要分布于水稻miR166、miR156、miR169和miR171家族。暗示这几个miRNA是Cd胁迫应答调控网络中的重要成员,且围绕miRNA可能形成的若干重金属应答调控路径。重点选取Cd胁迫下差异表达的miR166进行了水稻中花11过量表达转基因研究。结果表明在Cd胁迫下转基因水稻与野生型相比,miR166过量表达的转基因种子萌发时根的伸长和数目受抑程度较低,苗期植株生长相对健壮,其受胁迫毒害的程度也较低,表明过表达miR166可在一定程度上缓解Cd对水稻的毒害。过表达miR166减少了Cd在水稻植株地上部的积累。综上,本实验利用miRNA微阵列芯片技术筛选得到了一批与Cd胁迫应答相关的miRNA;并对获得的miRNA基因启动子区的顺式作用元件及可能调控的下游靶基因进行分析；对miRNA的过量表达转基因实验,发现miRl66过量表达能提高水稻对Cd胁迫的耐受性。这些结果表明miRNA在水稻Cd胁迫应答中发挥重要作用。