拟南芥MIR396家族对靶基因的调控及对根发育的影响

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MicroRNAs(miRNAs)是真核生物基因组中一类长度在19-24nt的,依赖序列特异性的基础的调控分子,它们可以在转录后水平介导基因沉默。在真核生物中比miRNA更加广泛存在的是siRNA,它们不仅可以介导转录后沉默,还可以介导转录水平的基因沉默。   在拟南芥中,miR396家族包含miR396a和miR396b,它们分别由两个不同的基因MIR396a和MIR396b编码。GRF(growth-regulating factors)是由9个同源基因构成的一个转录因子家族,其中GRF1,GRF2,GRF3,GRF4,GRF7,GRF8和GRF9是miRNA396的靶基因,GRF通过控制细胞的分裂(数目)而对叶片的发育起作用。miR396通过对GRF进行转录后水平的抑制,控制GRF的表达部位,参与对叶片发育的调控。   本研究中,为了探索miR396在拟南芥发育中的生物学功能,通过构建35S:MIR396a和35S:MIR396b载体,获得了过量表达MIR396a和MIR396b转基因拟南芥株系。35S:MIR396a和35S:MIR396b转基因株系都出现了叶片明显小于野生型的表型。除了叶表型外,35S:MIR396a根长明显短于野生型,显微观察发现35S:MIR396a分生区结构明显异于野生型,而35S:MIR396b根长与野生型无明显的差异。通过对MIR396a和MIR396b及GRF的启动子报告基因株系的GUS染色,我们发现MIR396和GRF在根部都有明显的表达。根据MIR396与GRF的表达部位,我们推测MIR396对同一家族不同GRF成员有不同的调控模式。35S:MIR396a、35S:MIR396b转基因株系及野生型根部GRF表达量分析证实了miR396能下调GRF转录本水平。由于grf突变体都未出现根表型异常,说明miR396对GRF的调控作用并非短根表型出现的原因。   miR396a与miR396b只有一个碱基的差异存在于3’末端,而这种差异一般认为不会对它们靶基因的选择及降解作用产生影响,因而我们推测35S:MIR396a和35S:MIR396b转基因株系根表型的不同可能与MIR396茎环部分有关。通过miR396a和miR396b成熟体的互换,我们构建了35S:preMIR396a-b(MIR396a茎环接上miR396b成熟体),35S:preMIR396b-a(MIR396b茎环接上miR396a成熟序列)转基因株系。发现绝大多数35S:preMIR396a-b都表现出根发育情况类似于35S:MIR396a,而35S:preMIR396b-a转基因株系根表型与野生型无差异。该结果表明MIR396a茎环部分可能是短根表型出现的重要原因,也证实了MIR396a过量表达会导致短根表型的出现。   最近的研究发现,许多经典的MIR基因可以产生siRNA,对sRNA的深度测序表明这类sRNA与经典的miRNA一般只有左右几个碱基的摇摆。据此,我们在small RNA数据库中搜索MIR396a相关的miRNA及siRNA,并利用psRNATarget软件预测其可能的靶基因,结果发现了一个来源于MIR396a与miR396序列相近的小RNA(sRNA14117),与ATIG10120可以进行很好的配对。5RACE实验表明,AT1G10120与sRNA14117/miR396在配对位点(相对于sRNA141175’端第13个碱基,相对于miR3965’端第10个碱基)发生剪切,因而证实了ATIG10120是MIR396一个新的靶基因。
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