microRNA 和cis-nat-siRNA介导大麦细胞壁和β－D－葡聚糖合成调控的分子机制研究

β-D-葡聚糖含量是影响大麦籽粒加工品质和营养保健价值的重要因素，但是对大麦β-D-葡聚糖含量调控分子机制的研究还十分有限。Small RNA数据库和我们前期工作结果提示microRNA和cis-nat-siRNA可能通过调控纤维素合成酶（CesA）和类纤维素合成酶（Cls）基因家族，参与细胞壁及β-D-葡聚糖合成的调控。本项目拟通过Solexa测序的方法建立大麦胚乳发育特异性的small RNA 数据库。通过表达检测和靶基因验证，寻找新的细胞壁和β-D-葡聚糖合成调控相关miRNA和cis-nat siRNA。并利用组成型过量表达和抑制表达的转基因实验，研究这些small RNA参与的基因调控网络，及对大麦细胞壁纤维素和β-D-葡聚糖合成的影响。最后提出新的基于small RNA途径调控大麦β-D-葡聚糖含量的方法，为基因工程手段改良大麦品质提供新思路。

β-D-葡聚糖含量是影响大麦籽粒加工品质和营养保健价值的重要因素，开展大麦β-D-葡聚糖含量调控的分子机制研究具有非常重要的理论和实际意义。Small RNA数据库和我们前期工作结果提示small RNA可能参与细胞壁及β-D-葡聚糖合成的调控。本项目通过Solexa测序的方法建立大麦种子发育和萌发过程的small RNA 数据库。通过生物信息学分析，共鉴定1327个大麦候选miRNA。根据靶基因预测，结合降解组数据分析，筛选出31个大麦已知miRNA-靶基因作用对，9个大麦新miRNA-靶基因作用对，其中包括多个参与激素信号调控的miRNA。通过miRNA靶基因的RACE验证，以及miRNA表达的Northern Blot的检测，发现这些miRNA在萌发及种子发育阶段呈现特异性表达的特点，其靶基因多为MYB、NAC、ARF和GRF等转录因子，可能通过激素信号途径，参与细胞壁的调控。利用大麦原生质体瞬时转化的方法，建立了快速、高效的miRNA-靶基因互作检测系统。并利用组成型过量表达和抑制表达的转基因实验，研究了2个miRNA的功能。数据显示HvmiR393通过调控靶基因HvTIR1和HvAFB，影响生长素敏感性，调控根发育、籽粒表型；OsmiR1430在大麦中无同源物，miR1430过量水稻株系表现出叶鞘与谷穗离减小，分蘖数增加，谷粒偏短变宽等表型，而MIM1430则表型相反。总之，本研究建立了大麦种子发育及萌发过程small RNA数据库，研究结果表明small RNA介导的靶基因抑制，通过激素信号途径，对大麦发育包括籽粒发育和籽粒成分过程具有重要调控功能。