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王文明团队发现操纵单个miRNA改良水稻多个重要农艺性状的秘密

2021-02-16 00:00:00

来源: 水稻所

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215日,我校国家重点实验室王文明教授团队在植物科学类顶级刊物Nature PlantsIF=13.25)在线发表了题为“Suppression of rice miR168 improves yield, flowering time and immunity”的研究论文,该论文不仅揭示了“miR168-AOG1”调控水稻产量、生育期和稻瘟病抗性的机制,同时为提高水稻抗稻瘟病的同时保障高产这一实际生产问题的解决提供了新的思路。

水稻是全球最重要的粮食作物之一。产量、抗病性和生育期是水稻生产中的三个关键因素。然而,抗性与产量之间往往存在拮抗作用,免疫的激活和抗病性的提高,常常以牺牲产量为代价,成为抗病种质创新的一个瓶颈问题。同时,产量和生育期之间也存在平衡关系,高产的种质资源往往具有较长的生育期。因此,能够协调产量,抗病性和生育期的基因在育种中具有重要价值。miRNA结合到与其反向互补的DNARNA上,通过DNA甲基化修饰、mRNA切割,以及抑制mRNA翻译等,调控基因表达,在水稻应对各种生物胁迫中起精细调控作用。而且,miRNA通过靶向不同的基因,可以很好的协调植物生长、发育和免疫。王文明教授团队的研究发现,Osa-miR168miR168)响应稻瘟菌侵染。在已知miR168靶向AGO1,而AGO1RISC的关键元件的前提下,在水稻中过量表达miR168可明显抑制AGO1基因的表达,导致水稻更感稻瘟病、生育期延迟、产量相关性状变差;相反,表达miR168的、模拟的靶标(MIM168),减弱了miR168AGO1表达的抑制,不仅可以增强水稻对稻瘟病的抗性,还促进水稻分蘖增多、缩短生育期和提高产量。miR168AGO1组成的“miR168-AGO1”调控信号的变化,导致多个“miRNA-靶基因调控信号的变化,而这些“miRNA-靶基因调控信号分别调控水稻的免疫和生长发育,其中“miR535-SPL14”信号调控水稻的产量和免疫,“miR164-NAC11”信号调控水稻的生育期和免疫,miR1320调控水稻的免疫。因此,通过操纵单个miRNA,可以改良水稻多个重要的农艺性状。

该研究由我校王文明教授课题组,北京大学李毅教授课题组,美国加州大学戴维斯分校Pamela C. Ronald教授课题组合作完成。我校博士生王贺、朱勇、李燕副教授,加州大学戴维斯分校陈茂盛博士为论文共同第一作者。我校是第一单位,王文明教授为唯一通讯作者。该研究受到国家自然科学基金等资助。