miR528在水稻應(yīng)答砷脅迫中的功能研究.pdf

1、水稻砷污染是世界性重大環(huán)境與食品安全問題。提高水稻對(duì)砷的耐受性是解決水稻砷污染的有效途徑之一。但是目前與水稻砷耐性相關(guān)的研究很少,僅有少數(shù)或與水稻砷耐性相關(guān)的蛋白編碼基因被發(fā)現(xiàn),而鮮見miRNA與水稻砷耐性方面的研究報(bào)道。前期我們通過高通量測序方法發(fā)現(xiàn),在砷脅迫下,miR528在砷敏感品種明恢86根中被顯著誘導(dǎo)表達(dá),但其在水稻應(yīng)答砷脅迫中究竟執(zhí)行何種功能尚不清楚。
　　為探明miR528在水稻對(duì)砷耐受中的作用及其生理機(jī)制,我們構(gòu)建

2、了miR528的超表達(dá)載體,并轉(zhuǎn)化到日本晴(耐砷)中,成功獲得miR528過表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在正常栽培條件下 miR528過表達(dá)植株與野生型并無明顯表型差異;但在25μM亞砷酸鹽處理1天時(shí)轉(zhuǎn)基因植株開始出現(xiàn)葉片卷曲、黃化等典型的砷中毒癥狀,即表現(xiàn)為砷敏感。與野生型相比,過表達(dá)植株對(duì)砷的吸收量僅為野生型的48％,而砷轉(zhuǎn)移速率卻是野生型的2.27倍;丙二醛的含量顯著上升,為野生型的1.49倍;超氧化物歧化酶和過氧化物酶的活性出現(xiàn)極

3、顯著下降;根和葉中的脯氨酸含量分別上升了11.7%和126.2%。
　　為進(jìn)一步闡明miR528調(diào)控水稻應(yīng)答砷脅迫的分子機(jī)理,我們對(duì)其靶基因及與水稻砷吸收和耐性等相關(guān)的基因進(jìn)行了定量表達(dá)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)LOC_Os07g38290.1、LOC_Os01g03640.1、LOC_Os01g62600.1和LOC_Os07g09690.1的表達(dá)趨勢與miR528呈明顯負(fù)相關(guān),表明這4個(gè)基因在miR528介導(dǎo)的水稻響應(yīng)砷脅迫的過程中起主要

4、作用。PIP2;4、PIP2;6和PIP2;7在亞砷酸鹽處理72h時(shí)表達(dá)受到顯著抑制。這些結(jié)果表明miR528過表達(dá)后,可通過影響其靶基因與砷耐受性相關(guān)的PIP亞家族基因等的表達(dá),進(jìn)而調(diào)控水稻植株對(duì)砷的敏感性。
　　本實(shí)驗(yàn)首次在miRNA-mRNA層面上闡述了,miR528在水稻應(yīng)答砷脅迫過程中的作用及初步的生理和分子機(jī)理,這為深入揭示水稻應(yīng)答砷脅迫的分子機(jī)理及基因作用網(wǎng)絡(luò)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),并可為水稻抗逆育種或品種改良提供優(yōu)異靶基因