miRNA、靶基因和植物激素分析揭示玉米子房不完全融合心皮的发育

 

Developmentof Incompletely Fused Carpels in Maize Ovary Revealed by miRNA, Target Gene and Phytohormone Analysis

发表期刊：Frontiers in Plant Science

影响因子：4.298

发表单位：河南农业大学农学院

关 键 词：玉米，不完全心皮融合，子房发育，miRNA，降解组，植物激素

技术手段：小RNA测序，降解组测序，ACGT101数据分析

 

往期文章：

研究背景

玉米是世界上产量最高的谷类作物之一，是栽培作物中被广泛用作遗传研究的模式生物。玉米是单子叶植物，具有两种不同类型的花序：雄穗（雄花序）和雌穗（雌花序）。雌花序中雌蕊的发育对玉米籽粒发育和籽粒产量形成至关重要。雌蕊由三个心皮融合而成，而不完整的心皮融合会导致果皮上出现小孔。缺乏完整果皮的保护，病原体很容易感染玉米籽粒，严重威胁到食品安全。另外，播种后这些籽粒更容易腐烂，因此，完整的心皮融合对于粮食安全以及种子活力的质量至关重要。然而，关于玉米心皮融合发育的研究很少，对涉及心皮融合的调节基因知之甚少。

材料与方法

在这项研究中，河南农业大学李潮海课题组利用小RNA测序来检测在不完全心皮融合时miRNA的活性，并通过降解组测序分析鉴定它们的靶标。利用qRT-PCR分析验证IFC（不完全融合心皮）和CFC（完全融合心皮）玉米中子房的形成和生长发育。此外，研究还分析了授粉前子房发育期间六种植物激素的含量。通过分析差异表达的miRNA，靶基因和植物激素信号之间的相互作用，有助于理解玉米子房发育过程中心皮融合的分子机制。

取材：从最初观察到玉米心皮壁融合缺陷时期开始，取同一部位CFC子房和IFC子房，立即在液氮中冷冻，储存在-80℃备用。对于两种子房表型，分别收集来自两个不同部位的两个重复，总共收集四个样品。

研究发现

虽然心皮融合在玉米子房发育中的分子机制仍然大部分是未知的，但越来越多的证据表明microRNA（miRNA）在其中发挥着关键作用。在这项研究中，通过结合miRNA测序，降解组测序和生理分析来表征不完全（IFC）和完全融合心皮（CFC）的玉米子房中心皮融合发育。

通过miRNA测序，共鉴定出33个家族的162个已知miRNA，其中差异表达的有20个。另外，还鉴定出53个候选miRNA，其中10个在IFC和CFC子房中差异表达。降解组测序结果显示，已知和新型miRNA分别预测到了113个和11个靶基因。此外，研究还发现差异表达的已知miRNA的24个（60％）靶基因编码生长素应答因子（ARF），TB1-CYC-PCF（TCP），APETALA2（AP2），生长调节因子（GRF），MYB，NAC和NF-YA，而这些基因已经被证实在心皮融合发育中起作用。这些差异表达的已知miRNA及其靶基因与植物激素信号的相关性分析显示与至少一个植物激素信号（心皮融合发育的主要调节者）显著相关。

这些结果表明，不完全心皮融合的原因部分是由某些miRNA及其靶标的差异表达引起的。总体而言，这些发现丰富了对miRNA调控靶基因表达的影响的知识，为进一步分析玉米心皮融合发育期间miRNA，靶基因和植物激素之间的相互作用提供了有用的资源。

图 差异表达的已知miRNA及其靶标参与玉米子房心皮融合发育可能的调控机制

参考文献

Li H,Peng T, Wang Q, et al. Development of Incompletely Fused Carpels in Maize OvaryRevealed by miRNA, Target Gene and Phytohormone Analysis[J]. Frontiers in PlantScience, 2017, 8. 

本研究中的小RNA测序、降解组测序及数据分析服务由联川生物提供

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    黄媛  编辑