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作科所在玉米耐低磷胁迫研究中取得重要进展

          发表时间:2018-07-12     浏览次数:     字号:    

 近日,中国农业科学院作物科学研究所李文学研究员团队研究揭示了玉米中的一个微小RNA —— miR399在玉米适应低磷胁迫中的分子调控机制,对于培育磷高效玉米品种具有重要意义。相关研究论文于2018年7月3日在线发表在《植物生理学(Plant Physiology)》上。

  尽管土壤中总的磷含量很高,但由于无机磷酸盐的移动性差、溶解性低,导致土壤中能够被植物直接吸收利用的有效磷浓度很低,使植物处于一种低磷胁迫的亚健康状态。磷的有效性已经成为限制作物生产的主要环境因素之一。植物在长期的进化过程中形成了一系列适应低磷胁迫的机制,以充分利用自身特性来提高抗逆能力。不同玉米自交系对低磷胁迫的响应不同,解析磷高效和磷低效玉米品种适应低磷胁迫分子机制的差异,有助于筛选和培育磷高效玉米品种。miR399 - PHO2 调控通路参与植物适应低磷胁迫分子机制在拟南芥和水稻中研究的比较清楚,而玉米中还没有报道。

  本研究发现在玉米中miR399特异性受低磷胁迫诱导上调表达;同时在miR399过表达的转基因玉米植株中磷由根部向地上部转运增多,导致转基因植株的成熟叶片边缘出现干枯坏死的磷中毒表型,表明miR399对于玉米体内磷稳态平衡具有重要作用。研究人员通过实验证实玉米中 PHO2 是miR399的靶基因,并对其进行重新注释,表明miR399-PHO2调控通路在玉米、拟南芥、水稻中是保守的。研究还发现玉米中miR399介导的 PHO2 转录后水平的切割主要出现在磷高效玉米自交系中。同时研究人员发现了一种长链非编码RNA—— PILNCR1 可与 PHO2 竞争性结合miR399,削弱了miR399对靶基因 PHO2 的剪切;并且在低磷胁迫条件下,磷低效玉米自交系中 PILNCR1 和miR399的表达丰度显著高于与磷高效玉米自交系,高表达量的 PILNCR1 会结合较多的miR399,从而导致靶基因 PHO2 上调表达,表明 PILNCR1 和miR399的表达量与玉米耐受低磷胁迫的能力相关。该研究揭示了 PILNCR1- miR399互作及miR399-PHO2调控通路在不同磷利用效率玉米自交系中具有不同的作用方式,这对于培育磷高效玉米品种具有重要意义。

  中国农业科学院作物科学研究所在读博士研究生杜庆国、王开及作科所邹枨副研究员为本文共同第一作者,作科所玉米分子育种技术和应用团队李文学研究员为通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划、转基因重大专项和中国农科院科技创新工程的支持。

  下载链接:http://www.plantphysiol.org/content/early/2018/07/02/pp.18.00034 


 


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