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小分子RNA(miRNAs)是一类内源非编码的单链小RNA(成熟的miRNA通常长21~24nt),以序列特异性的方式在转录和转录后水平上对靶基因的表达进行调控,是生物体内基因表达自我调控的一种重要手段。在植物中,miRNAs主要通过在转录后水平上调控基因表达对植物的生长发育和抗逆境胁迫方面起重要的调节作用。本研究以粳稻ZH11为材料,构建OsmiR393超表达载体,在转基因水稻中研究OsmiR393功能,主要获得了以下结果:
1.通过表达分析发现:OsmiR393在水稻抽穗期的根、茎、叶、穗和叶鞘等器官中都有表达,其中OsmiR393在剑叶和根中的表达量高于叶鞘、穗和茎。OsmiR393在盐和干旱处理下,地上部分中表达量明显上调,地下部分中表达量变化不大。
2.信息学预测OsmiR393的靶基因在水稻基因组中可能有七个,但是超表达OsmiR393的转基因水稻在T1和T2代中只有两个生长素(IAA)受体基因OsTIR1和OsAFB2(OsAFB2-1和OsAFB2-2)的表达量显著降低,而且OsTIR1和OsAFB2的下游的生长素转运基因OsAUX1表达也显著降低。超表达OsmiR393的转基因在水稻种子萌发和愈伤诱导方面分别对外源NAA和2,4-D处理的敏感性降低。因此推测超表达OsmiR393通过影响生长素的信号传导途径抑制OsAUX1表达。
3.超表达OsmiR393的转基因水稻表现出开花提前和分蘖增加的表型。其开花时间比对照提前7天左右,在移栽后不同时期其分蘖数至少增加30%。超表达OsmiR393的转基因在水稻种子萌发和愈伤诱导方面分别对外源NAA和2,4-D处理的敏感性降低。利用qRT-PCR分析发现在超表达OsmiR393的转基因水稻中与分蘖抑制相关的基因OsTB1的表达显著降低。
4.超表达OsmiR393转基因水稻与对照植株相比,其对干旱和盐的抗性显著下降。
根据以上的研究结果,我们提出了OsmiR393控制水稻分蘖的调控模型,即OsmiR393通过下调生长素受体基因OsTIR1和OsAFB2的表达,降低转基因植株对生长素的信号敏感性,从而造成生长素转运基因OsAUX1的表达下降且导致植株对生长素的运输能力下降,进而造成分蘖芽内的生长素含量较低,分蘖抑制基因OsTB1的表达显著性降低,最后促进分蘖芽生长,导致植株分蘖增加。