小麦旗叶高表达的tae-miR9663和tae-miR5062功能的初步研究

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miRNA参与调控植物生长发育、生物或非生物胁迫等多种生物学过程,并发挥重要作用。近年来,通过高通量测序已鉴定筛选出大量的小麦miRNA,但其生物学功能是未知的。tae-miR9663和tae-miR5062是本实验室前期鉴定出的新miRNA,它们在小麦幼苗、旗叶和发育的籽粒中都表达,尤其在旗叶中高表达。为了探索它们的功能,本研究通过克隆得到tae-miR9663和tae-miR5062的前体,通过人工合成得到tae-miR9663和tae-miR5062的小串联模拟靶标(short tandem target mimic,STTM),将它们分别构建到大麦条斑花叶病毒(barley stripe mosaic virus,BSMV)载体上,获得重组病毒载体BSMV:tae-miR9663、BSMV:STTM9663、BSMV:tae-miR5062和BSMV:STTM5062;利用这些重组病毒分别接种宁春16小麦第35片叶,在小麦叶片瞬时过表达或沉默目标miRNA,观察侵染植株表型变化,并实时定量qRT-PCR检测目标miRNA及其靶基因的丰度变化,探索miRNA的生物学功能。每种病毒接种9株,试验进行3次重复。同时构建目标miRNA的pART27过表达载体,进行拟南芥转基因过表达,研究目标miRNA在转基因拟南芥中的生物学作用。主要研究结果如下:1.tae-miR9663在小麦叶中的瞬时过表达和沉默利用空病毒载体BSMV:00、携带185bp大麦PDS基因片段的重组病毒BSMV:PDS分别接种小麦三叶一心期的第3片叶或五叶一心期的第5片叶。接种后1530天(d)观察叶片表型,发现阳性对照BSMV:PDS植株的第4、5片叶或第6、7片叶先后出现漂白现象,说明病毒已成功侵染到小麦叶片。tae-miR9663瞬时过表达研究表明,与对照BSMV:00植株相比,转染BSMV:tae-miR9663的植株中tae-miR9663的表达丰度升高16.42倍,其靶基因Traes6BLDF39217B8.1的表达丰度降低95.24%,说明BSMV能够有效地介导miRNA过表达;植株第4片叶出现白点或白条纹,第4、5片叶缠绕;成熟种子的长和宽分别增大6.50%和4.54%。tae-miR9663瞬时沉默研究表明,与对照相比,转染BSMV:STTM9663的植株中tae-miR9663的表达丰度降低90.67%,其靶基因Traes6BLDF39217B8.1的表达丰度升高17.28倍,表明BSMV介导的STTM的过表达能够有效地沉默内源miRNA;植株第6片叶、旗叶(即第7片叶)有白点或白条纹,第6片叶边缘有锯齿状,旗叶叶尖处有皱缩;成熟种子的长和宽分别减小3.75%和6.23%。2.tae-miR5062在小麦叶中的瞬时过表达和沉默tae-miR5062瞬时过表达研究表明,与对照相比,转染BSMV:tae-miR5062的植株中tae-miR5062的表达丰度升高了4.91倍,其靶基因Traes5DLDF690B97B和Traes5AL60D577E34.1的表达丰度分别降低38.25%、22.60%;植株第4片叶出现白点或白条纹,第5片叶卷曲;成熟种子的长和宽分别增大5.07%、8.89%。tae-miR5062瞬时沉默研究表明,与对照相比,转染BSMV:STTM5062的植株中tae-miR5062的表达丰度降低了57.15%,其靶基因Traes5DLDF690B97B和Traes5AL60D577E34.1的表达丰度分别升高2.03倍、4.56倍;植株第6片叶、旗叶出现白点或白条纹,旗叶卷曲;成熟种子的长和宽分别减小了4.55%、13.14%。3.tae-miR9663和tae-miR5062在拟南芥中的转基因过表达利用植物过表达载体pART27-tae-miR9663和pART27-tae-miR5062分别转化拟南芥,通过抗性筛选,得到转基因拟南芥,观察表型。与对照野生型相比,3个T1代pART27-tae-miR9663转基因拟南芥株系叶片和角果中tae-miR9663的表达丰度均升高,其靶基因AT1G22610.1的表达丰度均降低;叶片变大,抽苔晚5d左右;成熟种子的百粒重分别增加19.1%、12.1%、13.9%。与对照相比,3个T1代pART27-tae-miR5062转基因拟南芥株系叶片和角果中tae-miR5062的表达丰度均升高,靶基因ATCG00070.1和AT1G48410.1的表达丰度均降低;叶片变大;成熟种子的百粒重分别增加23.5%、29.4%、41.1%。
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