稻属AA-基因组物种中茉莉素相关miRNAs的鉴定和进化研究

AA-genome Oryza species is a advantaged model species for studying molecular biology and developmental biology. miRNA was closely related to traits differentiation during species evolution, it was interact with JAs signaling pathway to regulate plant stress resistance also.Now, the study on the role of JA-related miRNAs is still very limited.In this study,we will further screen JA-related miRNAs from newly generated and duplication generated miRNAs in AA-genome Oryza species and identify their target genes. Based on the previous studies,we’ll explore the gain/loss of these miRNAs,study the co-evolution of MIRNA-mediated gene regulatory system,analyze their expression and evolutionary patterns,verify their functions and the regulatory mechanisms of JAs.In conclusion,we will synthesize the genotypes,expression profiles,phenotypic and functional characters to further analyse the evolution patterns and functional mechanisms of JA-related miRNAs in AA-genome Oryza species.

稻属AA-基因组物种是研究进化和环境适应机制的理想模式植物，在物种进化中miRNA与重要性状的形成息息相关。研究表明，miRNA可以作用于植物茉莉素信号途径，目前，有关miRNA与茉莉素作用的研究还十分有限。本项目在已有工作基础上，以稻属AA-基因组物种为材料，从进化产生的miRNAs中鉴定茉莉素相关的miRNAs并确定其靶基因。在序列水平，研究这些miRNAs在稻属AA-基因组物种中的生灭及与靶基因协同进化的调控体系；在表达水平，分析茉莉素相关miRNAs的表达及演化模式；在表型水平，利用转基因技术研究茉莉素相关的关键miRNAs对胁迫应答的表型效应及功能；最后，分析miRNAs参与茉莉素调控的分子基础，构建miRNAs基因调控网络并探讨其演化规律。综合基因型、表达谱、表现型和功能分析，全面系统地认识稻属AA-基因组物种中茉莉素相关miRNAs的进化模式及其参与茉莉素调控的功能机制。

采用small-RNA测序首次注释了稻属AA基因组8个物种根、剑叶、穗、幼苗4个组织中的miRNAs，我们从稻属AA基因组8个物种中鉴定到110个miRNA家族，其中42个是本次新鉴定的miRNA家族（novel miRNA），进化动力学分析发现miRNAs在稻属AA基因组中不断重复产生和二次丢失，且具有时空表达特异性，其中穗差异表达miRNAs数量和表达模式在不同物种间变化较大。进一步根据序列特征分析发现，稻属AA基因组共有92个miRNA家族含有MeJA调控元件，这些miRNAs大多在进化上保守，一部分在进化过程中重复产生并二次丢失，其中miR395家族和进化重复产生的novel-r等miRNAs与茉莉酸调控相关密切。miR395家族在稻属AA基因组中明显扩增，且成簇分布且集中在同一染色体上，由同一个启动子转录。利用RT-PCR实验证明MeJA处理后亚洲栽培稻中miR395的表达量发生改变，并存在组织和物种特异性。在此基础上，我们对miR5490、miR1868、miR396-6、miR440-1、miR6248-2和茉莉酸相关 miR395s、novel-r等多个miRNAs进行功能验证。通过构建STTM和MIRNA过表达转基因株系，实时荧光定量PCR、RACE、双荧光素酶报告实验和茉莉酸应答实验等，证明进化过程中重复产生的novel-r及其靶基因LOC_Os04g48750.1参与茉莉酸应答。基于上述研究，本项目结合生物信息学和分子生物学系统地揭示了稻属AA基因组物种适应性进化过程中产生的miRNAs在茉莉素信号途径中的调控规律。