非编码小分子RNA JcmiR172调控能源植物小桐子的营养生长和生殖生长

       植物microRNA (miRNA) 是一类长约20~25 个核苷酸组成的单链非编码小分子RNA,可通过与靶基因的转录产物结合,诱导靶基因mRNA 被剪切或抑制其蛋白质翻译导致靶基因沉默,可在转录后水平调控植物的生长发育和对环境的响应以及与其它生物的相互作用。在拟南芥等模式植物中已经发现了包括年龄途径在内的五条调控开花的路径。miRNA172是调控植物开花的年龄途径中的关键因子,主要调控植物从营养生长向生殖生长的转变;但是miRNA172在多年生木本植物中的功能缺乏系统的解析。 

  版纳植物园能源植物分子育种研究组的助理研究员唐明勇博士及其合作者在徐增富研究员的指导下,对多年生木本油料能源植物小桐子中的小分子RNA miRNA172 (JcmiR172a)的功能进行了系统分析。研究结果显示超量表JcmiR172a的拟南芥和小桐子营养生长期明显缩短,出现早花现象;同时它们的花器官均有明显的缺失,JcmiR172a转基因拟南芥中主要是花萼和花瓣缺失,而转基因小桐子的每轮花器官均有缺失。进一步的分析发现转基因小桐子花序分生组织决定基因JcSOC1 和 JcSEP2的表达量大幅上升,但花器官发育相关基因JcAP2, JcAP3, JcAG, JcSEP1 和 JcSEP3的表达量显著降低。转基因小桐子的果实变长,种子发育不正常,表现为部分种子败育,成熟种子变大,但种子重量和含油率均降低。特别值得关注的发现是超量表达JcmiR172a的小桐子木质部明显加厚,但是细胞体积变小,细胞密度增大,表明JcmiR172 通过增加木质部的细胞数量增大木质部的厚度。同时发现转基因小桐子的木质素和纤维素生物合成相关基因JcCAD6, JcCCoAOMT, JcCesA1, JcCesA3, JcCesA4, JcCesA7和JcCesA8的表达量明显上升。该研究报道的JcmiR172促进小桐子木质部发育是植物小分子RNA miR172的新功能,值得进一步的研究探讨。 

  上述研究结果以miR172 Regulates both Vegetative and Reproductive Development in the Perennial Woody Plant Jatropha curcas 为题,在线发表于国际植物科学期刊Plant and Cell Physiology

超量表达JcmiR172的转基因小桐子叶裂消失、木质部变厚、韧皮部和髓减少

 

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能源植物小桐子的细胞分裂素代谢关键酶基因功能分析取得进展

        细胞分裂素是一类重要的调控植物生长发育物质,参与调控许多植物生长发育过程。中科院西双版纳热带植物园前期的研究表明外源细胞分裂素处理可显著提高小桐子的种子产量。植物内源细胞分裂素的水平是受异戊烯基转移酶(isopentenyl transferases, IPT),细胞色素P450单氧酶CYP735A(cytochrome P450 monooxygenase, family 735, subfamily A)和细胞分裂素氧化酶(cytokinin oxidase/dehydrogenase, CKX)等生物合成和降解酶的活性共同调控的。但能源植物小桐子的内源细胞分裂素代谢关键酶基因的功能研究还未见报道。

近日,版纳植物园热带植物资源可持续利用重点实验室能源植物分子育种研究组的博士生蔡黎在徐增富研究员和付乾堂副研究员的指导下,对小桐子中的JcIPT、JcCYP735A和JcCKX基因家族进行了分离鉴定,共获得6个JcIPT、1个JcCYP735A和7个JcCKX基因;采用荧光实时定量PCR对它们在小桐子各组织部位中的表达模式进行了分析。进一步利用CRISPR-Cas9基因编辑技术对小桐子中的JcCYP735A基因进行了敲除,发现小桐子Jccyp735a突变体植株生长发育受到明显的抑制。对Jccyp735a突变体的内源细胞分裂素种类和含量水平检测发现,反式玉米素(tZ)及其核糖苷类细胞分裂素的水平显著下降,因此推测JcCYP735A是小桐子中合成合成反式玉米素的主要途径,并且JcCYP735A通过调控反式玉米素的含量水平影响小桐子茎的发育生长。JcCYP735A对小桐子花序、果实和种子发育的影响还有待进一步研究。

相关结果以Identification and expression analysis of cytokinin metabolic genes IPTs, CYP735A and CKXs in the biofuel plant Jatropha curcas为题,近期发表于国际学术期刊PeerJ 6: e4812,https://doi.org/10.7717/peerj.4812 上。该研究得到了国家自然科学基金(31370595, 31300568和31670612)和中国科学院植物种质资源创新(ZSZC-014)等项目的资助。

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