外源脱落酸和茉莉酸甲酯调控低温胁迫下冬小麦miR444a及其靶基因TaMADS57表达

为探究小麦(Triticum aestivum)中mi RNA响应低温胁迫的机制,本研究以强抗寒冬小麦品种‘东农冬麦1号’(Dn1)为材料,依据实验室前期建立的miRNA数据库,筛选出与低温变化相关差异表达的tae-miR444a前体(pre-tae-miR444a),并预测出其靶基因为TaMADS57。构建pre-tae-miR444a和TaMADS57的pBI121-GUS表达载体,并利用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)瞬时转化本氏烟草(Nicotiana benthamiana)。结果显示,共转叶片中β-葡萄糖苷酸酶(GUS)活性明显降低。利用实时荧光定量PCR对大田自然降温下Dn1中A、B、D三条同源染色体上的tae-miR444a初始体(pri-tae-miR444a)和TaMADS57进行表达模式分析,结果表明:分蘖节和叶片中pri-tae-miR444a-D和TaMADS57-D表达水平差异极显著。低温下外源施加脱落酸(ABA)促进麦苗内pri-tae-miR444a-D表达并抑制TaMADS57-D表达;茉莉酸甲酯(MeJA)处理抑制pri-tae-miR444a-D表达,但促进TaMADS57-D表达。以上结果表明,低温胁迫促进miR444a表达,从而抑制下游靶基因TaMADS57表达,其中D染色体上pri-tae-miR444a和TaMADS57作为主效基因,调控Dn1响应低温胁迫,并且外施ABA能够增强低温下小麦miR444a对TaMADS57的抑制作用,使Dn1的抗寒能力增强。

水稻miR444b.2调控稻瘟病抗性及分蘖

microRNA(miRNA)是一类长度在20~24 bp的保守小RNA分子,广泛存在于真核生物中,参与调控生长发育及抗逆、抗病等反应。在前期研究中,我们对比感病和抗病水稻材料在接种稻瘟病菌前后miRNA的累积量,发现miR444b.2的累积量变化在抗病和感病材料间存在显著差异,但其在水稻对稻瘟病抗性中的作用尚不清楚。本文进一步对水稻感病和抗病材料接种稻瘟病菌,通过检测不同时间点miR444b.2及其靶基因的累积量来分析miR444b.2与水稻稻瘟病抗性的关系;同时,构建过表达miR444b.2的转基因水稻材料,对转基因材料进行了抗性分析及农艺性状分析。结果表明,在稻瘟病菌开始侵染水稻的24 h内,随着侵染时间的增加,miR444b.2在感病材料中的累积量也随之增加,而在抗病材料中的累积量则逐渐降低;相反,miR444b.2的靶基因中,MADS盒家族基因在感病材料中的转录受到抑制或变化不大,在抗病材料中的表达明显增加,与miR444b.2的累积量变化趋势相反,提示miR444b.2可能通过调节MADS盒家族基因的表达量来调控稻瘟病抗性。而且,过表达miR444b.2的转基因植株变得更加感病,主要表现为:与对照相比,叶片发病病斑数量增多、病斑面积增大、防御相关基因转录水平变低;而miR444b.2的靶基因在过表达miR444b.2的转基因植株中的转录水平显著降低。此外,miR444b.2过表达植株的分蘖数较对照减少。这些结果说明,miR444b.2通过调控MADS盒家族基因来负调控稻瘟病抗性及调节水稻分蘖。