我校玉米團(tuán)隊(duì)揭示circRNA直接參與植物干旱脅迫應(yīng)答
【摘要】近日，The Plant Journal雜志在線刊發(fā)了我校代明球教授課題組題為“A large-scale circular RNA profiling reveals universal molecular mechanisms responsive to drought stress in maize and Arabidopsis”的研究論文。該研究通過大規(guī)模測序和轉(zhuǎn)基因的方法揭示了circRNA在玉米和擬南芥應(yīng)對環(huán)境干旱脅迫中扮演的重要作用，為作物的抗旱遺傳改良提供了新的思路與理論基礎(chǔ)，為玉米抗旱育種提供了潛在的新型分子標(biāo)記。
超表達(dá)circGORK可以增強(qiáng)植物的耐旱性
我校玉米團(tuán)隊(duì)揭示circRNA直接參與植物干旱脅迫應(yīng)答
通訊員：張佩 何能
玉米是世界上主要的糧食作物與科學(xué)研究的模式植物，而日益嚴(yán)峻的全球氣候變暖對其生長發(fā)育、產(chǎn)量形成都是一個(gè)不容忽視的威脅。研究玉米應(yīng)對干旱脅迫的分子機(jī)制、挖掘抗旱分子標(biāo)記，對加快玉米抗旱新品種培育意義重大。環(huán)狀RNA (circular RNA, circRNA) 是一類呈閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)、不易被RNA外切酶降解的非編碼RNA，在發(fā)現(xiàn)之初僅被看作轉(zhuǎn)錄的“垃圾”和“噪音”，直到近年才被發(fā)現(xiàn)與人類疾病的發(fā)生息息相關(guān)，逐漸成為了動(dòng)物研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。相比動(dòng)物，植物circRNA的研究要滯后得多，已有的研究多是通過測序和生信分析鑒定circRNA在植物發(fā)育過程或者逆境脅迫中的種類或者特征，進(jìn)行到功能研究的極少，尤其是circRNA是否直接參與包括抗旱在內(nèi)的非生物脅迫應(yīng)答，迄今未見報(bào)道。
近日，The Plant Journal雜志在線刊發(fā)了我校代明球教授課題組題為“A large-scale circular RNA profiling reveals universal molecular mechanisms responsive to drought stress in maize and Arabidopsis”的研究論文 (doi: 10.1111/tpj.14267)。該研究通過大規(guī)模測序和轉(zhuǎn)基因的方法揭示了circRNA在玉米和擬南芥應(yīng)對環(huán)境干旱脅迫中扮演的重要作用，為作物的抗旱遺傳改良提供了新的思路與理論基礎(chǔ)，為玉米抗旱育種提供了潛在的新型分子標(biāo)記。
在該研究中，作者通過對不同干旱程度的玉米及擬南芥苗期葉片進(jìn)行circRNA及轉(zhuǎn)錄組測序，分別檢測到了2174和1354個(gè)高可信度的circRNA，其中大部分在干旱處理前后存在表達(dá)量差異，表明在植物中存在大量與干旱脅迫應(yīng)答相關(guān)的circRNA，后續(xù)的PCR及熒光定量PCR結(jié)果也證實(shí)了這一結(jié)論。此外，在玉米和擬南芥所產(chǎn)生circRNA的宿主基因 (host gene) 中，同源基因達(dá)到40%，涉及多種保守的信號(hào)通路，表明circRNA調(diào)控植物抗旱在不同物種中既有保守性也存在物種差異性。同時(shí)，作者還發(fā)現(xiàn)玉米中circRNA的產(chǎn)生與sRNA的富集呈顯著負(fù)相關(guān)，推斷植物circRNA可能也存在分子海綿作用，通過調(diào)控sRNA在植物體內(nèi)的含量進(jìn)而調(diào)控靶基因的表達(dá)。在368份玉米自交系中，circRNA宿主基因中存在大量與circRNA表達(dá)和干旱脅迫響應(yīng)顯著關(guān)聯(lián)的SNP/InDel位點(diǎn)，從遺傳學(xué)上給出了circRNA參與植物抗旱脅迫應(yīng)答的證據(jù)，相關(guān)的SNP/InDel以及circRNA可作為玉米抗旱選育潛在的新型分子標(biāo)記。為進(jìn)一步驗(yàn)證circRNA的功能，作者在擬南芥中超量表達(dá)了circGORK (guard cell outward-rectifying K+-channel)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因家系的種子萌發(fā)對ABA超敏感，且植株表現(xiàn)出更加耐旱的表型，表明circGORK是擬南芥干旱脅迫應(yīng)答正調(diào)控因子，為circRNA直接調(diào)控干旱脅迫應(yīng)答提供了有力證據(jù)。
我校遺傳改良國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的博士生張佩、碩士范淵和博士生孫霄鵬為該論文的第一作者，代明球教授為該論文的通訊作者。我校玉米組李林教授、美國Wilkes University的William Terzaghi教授、法國Université d'Angers的Etienne Bucher教授也參與了這項(xiàng)工作。該研究受到科技部支撐計(jì)劃 (2015BAD02B01)、十三五國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 (2016YFD0100600)、作物遺傳改良國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主創(chuàng)新計(jì)劃 (ZW13A0401) 的資助。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/tpj.14267
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