柑橘MIR156和MIR172基因家族成员在成花调控中的功能验证
发布时间：2020-05-15 22:55
【摘要】：microRNA(miRNA)是一类由内源基因编码的长度为21-23nt的非编码单链小RNA分子,在调控植物发育方面发挥着重要的作用。柑橘是世界第一大果树,其童期长、结果晚的特性严重影响了其经济效益和育种进程。已有大量研究报道表明,microRNA 156(miR156)和microRNA 172(miR172)参与调控植物成花转变。本研究前期通过转录组测序,共在枳中获得miR156家族3个成员,分别是PtmiR156a,PtmiR156b,PtmiR156c;以及miR172家族4个成员,分别是PtmiR172-03,PtmiR172-12,PtmiR172-36,PtmiR172-64。分别构建超表达载体,转化模式植物拟南芥和烟草并观察表型,然后通过嫁接初步探究其在植物体内的长距离移动性。主要研究结果如下:1.对PtmiRl56和PtmiR172基因家族成员的序列分析发现:PtmiR156基因家族成员中PtmiR156b和PtmiR156c之间核心序列差异性较小,仅有首尾个别碱基的差异,而PtmiR156a的核心序列与之相比差异较大。PtmiR172基因家族成员间核心序列差异较小,仅有个别碱基的差异。miR156基因家族成员的核心序列在拟南芥,烟草,水稻和普通枳中差异性较小,侧翼序列差异性大,多样性高。miR172基因家族成员在这些种属中的序列分析也得到同样的发现。说明柑橘miR156和miR172基因家族成员保守性较高。2.在拟南芥和烟草中超表达PtmiR156和PtmiR172基因家族成员发现:与野生型相比,PtmiR156转基因拟南芥和烟草株系明显晚花,出现叶型较圆,叶片较小,分枝增多,株型紧凑,果荚较短,种子败育等表型;PtmiR172转基因烟草株系明显早花,叶片随植株生长发育逐渐狭长。PtmiR172-12转基因烟草株系中花朵表现为雌蕊柱头伸长,花色较深;PtmiR172-64转基因烟草株系均在第一代即出现较多分枝。说明PtmiR156延迟植物开花,延长植物营养生长时期。PtmiR172促进植物开花,且影响植物花器官发育。3.采用正反嫁接探究PtmiR156和PtmiR172基因家族成员的长距离移动性发现:当超表达PtmiR156b烟草做砧木时,其野生型烟草接穗中可以检测到成熟PtmiR156b的存在与表达,其表达量明显高于野生型,反向嫁接时仍可以得到同样的发现。当超表达PtmiR172-12烟草作砧木时,其野生型烟草接穗中可以检测到成熟PtmiR172-12的存在与表达,其表达量明显高于野生型,反向亦是。初步推测成熟PtmiR156b和PtmiR172-12在植株内部可以实现从上到下,从下到上的长距离移动。
【图文】：
图 1-1 调控拟南芥开花时间的四条途径(Mouradov et al 2002).Fig 1-1 The four flowering pathways of Arabidopsis(Mouradov et al 2002).随着研究的发展，除了已有较多研究进展的 FT（Kardailskyetal1962,Netal2015），FLC，CO 等基因在成花转变中参与调控之外，miRNA 也被证与多种植物的开花时间和花器官发育的调控（李贺等 2015,Reinhartetal200通过特异结合于靶基因 mRNA 的 3 或 5 端的 miRNA 结合位点，在植物的途径中承担起重要的角色。如 miR164 在拟南芥中如果缺失，会导致拟南芥数量增加，萼片数增加，在花器官发育方面，表现为雄蕊数减少（Baker20052007）等。近年来研究不断深入，许多学者又提出了年龄途径这一开花调控植物的发育和代谢模式会随着年龄的增长而发生改变的年龄途径，随着 miSPL（Wang et al 2009）介导植物开花调控而渐渐引起人们关注 。1.2.2 植物 miR156 和 miR172 参与的年龄途径自然界生命体从幼年期到成年期，再到衰老和死亡，整个生长发育和形
表达 miR156 会延长植物的幼年期，，出现叶片生长加快，开花延迟等表型 (Wuand Poethig 2006)。miR156 是植物幼年期生长主要调控因子，miR156 的靶基因是 SPLs 这类转录因子，通过结合到启动子的 SQUAMOSA 区域进而促进开花，随着发育进程其表达量逐渐升高（Guoetal2017,Liuetal2017,Xingetal2010）。miR172 随着植物从营养生长向生殖生长的转变，表达量逐渐升高。通过调控AP2-like 类基因表达来影响植物开花时间，花器官和生殖器官的形态和发育（Jung et al 2002）。在拟南芥中，miR172 超表达表现为早花表型（Mlotshwa etal2006），在水稻中过表达 miR172 可以引起小穗缺失和花器官畸形，甚至败育。miR156 和 miR172 在植物中的表达模式完全相反，但二者在调控植物生长发育转变时的关系又密不可分。后续的研究发现，miR156 的靶基因 SPL 作用于多种途径来调控植物开花时间和营养生长阶段的变化，其中 SPL9 这个靶基因作为桥梁使 miR156 调控 miR172 的表达（Wu et al 2009）。miR156-SPL9-miR172 形成一条调控开花的内源性级联调控途径，这条途径保证了植物在没有收到外界温度光照等信号的诱导下，仍然可以顺利开花结果。图 1-2 是 miR156 和 miR172参与拟南芥年龄途径调控的表达模式图。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S666
本文编号：2665745
【图文】：
图 1-1 调控拟南芥开花时间的四条途径(Mouradov et al 2002).Fig 1-1 The four flowering pathways of Arabidopsis(Mouradov et al 2002).随着研究的发展，除了已有较多研究进展的 FT（Kardailskyetal1962,Netal2015），FLC，CO 等基因在成花转变中参与调控之外，miRNA 也被证与多种植物的开花时间和花器官发育的调控（李贺等 2015,Reinhartetal200通过特异结合于靶基因 mRNA 的 3 或 5 端的 miRNA 结合位点，在植物的途径中承担起重要的角色。如 miR164 在拟南芥中如果缺失，会导致拟南芥数量增加，萼片数增加，在花器官发育方面，表现为雄蕊数减少（Baker20052007）等。近年来研究不断深入，许多学者又提出了年龄途径这一开花调控植物的发育和代谢模式会随着年龄的增长而发生改变的年龄途径，随着 miSPL（Wang et al 2009）介导植物开花调控而渐渐引起人们关注 。1.2.2 植物 miR156 和 miR172 参与的年龄途径自然界生命体从幼年期到成年期，再到衰老和死亡，整个生长发育和形
表达 miR156 会延长植物的幼年期，，出现叶片生长加快，开花延迟等表型 (Wuand Poethig 2006)。miR156 是植物幼年期生长主要调控因子，miR156 的靶基因是 SPLs 这类转录因子，通过结合到启动子的 SQUAMOSA 区域进而促进开花，随着发育进程其表达量逐渐升高（Guoetal2017,Liuetal2017,Xingetal2010）。miR172 随着植物从营养生长向生殖生长的转变，表达量逐渐升高。通过调控AP2-like 类基因表达来影响植物开花时间，花器官和生殖器官的形态和发育（Jung et al 2002）。在拟南芥中，miR172 超表达表现为早花表型（Mlotshwa etal2006），在水稻中过表达 miR172 可以引起小穗缺失和花器官畸形，甚至败育。miR156 和 miR172 在植物中的表达模式完全相反，但二者在调控植物生长发育转变时的关系又密不可分。后续的研究发现，miR156 的靶基因 SPL 作用于多种途径来调控植物开花时间和营养生长阶段的变化，其中 SPL9 这个靶基因作为桥梁使 miR156 调控 miR172 的表达（Wu et al 2009）。miR156-SPL9-miR172 形成一条调控开花的内源性级联调控途径，这条途径保证了植物在没有收到外界温度光照等信号的诱导下，仍然可以顺利开花结果。图 1-2 是 miR156 和 miR172参与拟南芥年龄途径调控的表达模式图。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S666
【参考文献】
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1 李贺;毛健鑫;董向向;张志宏;纪明山;;果树microRNA研究进展[J];果树学报;2015年03期
2 姚远;王晓萍;;拟南芥开花相关的分子调控机制的研究[J];安徽农业科学;2015年09期
3 雍伟东,谭克辉,许智宏,朱至清,种康;高等植物开花时间决定的基因调控研究[J];科学通报;2000年05期
本文编号：2665745
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