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打顶可能影响烟叶生长和胁迫信号敏感度(图)

2015年01月04日 来源:烟草在线据云南烟叶信息网站报道 作者:
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  烟草在线据云南烟叶信息网站报道  河南农业大学烟草学院杨惠娟等人对打顶前后烤烟叶片microRNAs表达差异研究认为,打顶可能通过调控相关miRNA的表达来影响烤烟叶片的生长状态和对胁迫信号的敏感程度。该成果为研究烤烟打顶对叶片生长的分子调节过程提供研究线索。该结果发表在《中国烟草学报》2014年第5期上。

  microRNAs(微小RNAs,miRNAs)作为基因表达中的一类负调控子,主要在转录后水平上通过介导目标mRNA的切割或抑制翻译来调节植物基因的表达。植物miRNA介导的调控主要取决于植物miRNA与其靶mRNA的序列互补的程度。通常情况下,miRNA与靶mRNA完全互补或接近完全互补时,则会切割 mRNA;miRNA与靶mRNA不完全互补时,则抑制它的翻译。而植物 miRNA 介导的主要作用方式是对靶mRNA的剪切。切割后,miRNA 会继续识别并切割其他靶基因。

  一个miRNA可作用于多个mRNA,如miR159可同时调控TCP2、CP3、TCP4、CP10、TCP24和GAMYB等靶基因的表达,而一个mRNA也可能受到多个不同miRNA的调节,如SCL6同时受到miR30、miR46和miR58等的调节。miRNA在植物体中的表达水平受到外界环境、激素、发育进程等多种因素的影响。miRNA在植物根分化、叶片发育、茎尖形成、开花与性别分化等过程中均有重要作用。

  杨惠娟等人利用Solexa测序技术对打顶前后K326叶片的小RNA文库进行测定,分别得到4,223,982和4,993,588条unique sRNA序列读数。打顶前后叶片样品中分别347条与337条序列与库中miRNA匹配,其中注释序列分别为83和71条。在打顶前后叶片样品中表达具有显著差异的miRNA有7条,在打顶后叶片中高表达的miRNA有miR-157和miR-156;在打顶后叶片中低表达的miRNA有miR-395,miR-159c,miR-159a,miR-394和miR-399。实验还鉴定出3条新的miRNA序列,其中Nta-miRNA*-001和Nta-miRNA*-002存在打顶前叶片样品中,Nta-miRNA*-003存在打顶后叶片中。

  该研究发现,miR156在打顶后烟草叶片中表达量较高,在打顶后叶片中miR156的转录增加将有利于加强烟株的营养生长而延缓生殖生长的进程。证明打顶在控制了烟株的生殖生长后确实对叶片的生长起到了促进作用,而miR156上调则是其中的调节机制之一。

  该研究还发现,打顶后叶片下调的miRNA有miR-395,miR-159c,miR-159a,miR-394和miR-399。这些下调的 miRNA除miR-394功能不明外,其余的都与植物抗性胁迫有关。其中miR159与脱落酸(ABA)信号转导过程有关,miR159过量表达可以降低植物对ABA的敏感性。miR159在甘蔗抗盐应激过程中也发挥了重要作用。miR399可调控磷的吸收和转运,在受到低磷胁迫下其表达量增加,使其靶基因表达量降低,从而提高了磷的积累,低硫可以诱导miR395的表达量升高。打顶导致这些与抗逆胁迫相关 miRNA的表达量降低,表明打顶在引起烟草叶片自身生长状态改变的同时也改变了叶片对营养胁迫的反应及对激素信号的敏感程度。

注:红色点代表在打顶后叶片中上调的miRNA,绿色点代表在打顶后叶片中下调的miRNA,蓝色点代表表达量无显著差异miRNA。

打顶前后叶片miRNAs的表达水平(图片说明)

  该研究认为,烤烟打顶可使叶片中的miR-157和miR-156上调,可能是打顶影响烟株的生殖生长和营养生长的调节机制之一。打顶后烤烟叶片下调的miRNA 有 miR-395、miR-159c、miR-159a、miR-394和 miR-399,除 miR-394功能不明外,其余都与植物抗性胁迫有关。表明打顶可能通过调控相关miRNA的表达来影响烟叶生长状态和对胁迫信号的敏感程度。

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