我校揭示circRNA直接参与植物干旱胁迫应答

南湖新闻网(记者张何沛能)近日,《植物杂志》在线发表了戴邱明教授的研究小组发表的一篇题为“玉米和拟南芥对干旱胁迫的大规模圆形核糖核酸谱革命通用机制反应”的研究论文。本研究揭示了环核糖核酸在玉米和拟南芥中通过大规模测序和转基因方法应对环境干旱胁迫中的重要作用,为作物抗旱遗传改良提供了新思路和理论依据,为玉米抗旱育种提供了潜在的新分子标记。

在本研究中,作者通过对不同干旱程度的玉米和拟南芥幼苗叶片的环核糖核酸和转录组进行测序,检测到2174和1354个高度可靠的环核糖核酸,其中大部分在干旱处理前后有表达差异,表明植物中存在大量与干旱胁迫反应相关的环核糖核酸。后续的聚合酶链反应和荧光定量聚合酶链反应结果也证实了这一结论。此外,在玉米和拟南芥产生的circRNA的宿主基因中,同源基因达到40%,涉及多种保守的信号途径,这表明circRNA既保守地调节植物抗旱性,又具有不同物种间的物种差异。同时,作者还发现玉米中环核糖核酸的产生与sRNA的富集呈显着负相关,并推断植物环核糖核酸也可能具有分子海绵效应,通过调节植物中sRNA的含量来调节靶基因的表达。在368个玉米自交系中,环核糖核酸宿主基因中存在大量与环核糖核酸表达和干旱胁迫反应显着相关的单核苷酸多态性位点(SNP/InDel)。从遗传学上讲,circRNA参与植物干旱胁迫反应的证据已经给出。相关的SNP/InDel和circRNA可作为玉米抗旱育种的潜在新分子标记。为了进一步验证circRNA的功能,作者在拟南芥中过量表达了CircrGok(GUARD CELL OUTRARD-QUIRTING K-CHannel)。结果表明,转基因家系种子萌发对脱落酸高度敏感,植株表现出更强的耐旱表型,表明CIRCGORK是拟南芥干旱胁迫反应的正调控者,为circRNA直接调控干旱胁迫反应提供了强有力的证据。

我院遗传改良国家重点实验室博士生张培、范元大师和博士生孙肖鹏是论文的第一作者,戴邱明教授是论文的通讯作者。我们学校玉米部的李林教授、美国威尔克斯大学的威廉特尔扎吉教授和法国昂热大学的艾蒂安布赫教授也参加了这项工作。

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评论者:戴邱明