miR2009家族参与大、小麦白粉病抗性调控的研究

Plants have evolved multiple layers of defense in response to pathogen attacks, defined as PAMP-triggered immunity (PTI) and effector-triggered immunity (ETI). As a group of negative regulators, microRNAs can control gene expression in the level of post-transcriptional regulation by mRNA cleavage or translation inhibition. There is increasing evidence that microRNAs are essential in plant defense responses against pathogens. Here we identify a novel 22-nt microRNAs family, miR2009, in barley and wheat, with at least four members, miR2009a/b/c.1/c.2, which potentially target at Mla genes. We confirmed the cleavage of Mla1 transcript by 5’-RACE in barley, and the cleavage sites correspond to the targeting sites of miR2009. In this study, we will investigate further on (1) identification of the new targets of miR2009 in barley and wheat; (2) differentiation of miR2009 members in targets choice or roles against Blumeria graminis fungus; (3) mechanism of miR2009 in the regulation of targets; (4) the pathogen resistance signal pathway of miR2009 and its targets; (5) function analysis of miR2009 and their targets in barley and wheat disease resistance against Blumeria graminis fungus; (6) analysis of the potential mechanism of miR2009 involved in the immune response to Blumeria graminis fungus.

植物先天免疫系统包括病原相关分子模式（PAMPs）激发的基础抗病反应和胞内免疫受体识别病原菌无毒蛋白（AVR）而激发的小种专化性抗病反应。miRNAs是真核生物中一类内源非编码小分子RNA，通过降解基因转录产物或抑制蛋白翻译进而调控真核生物众多基因的表达和功能。近期研究表明，miRNAs在植物先天免疫反应中发挥重要的调控作用。我们实验室发现在麦类作物中特异存在的miR2009家族能够介导大麦Mla1转录产物的切割。以此为切入点，我们将进行以下研究：1）鉴定miR2009家族参与大、小麦对白粉病抗病反应的靶标；2）揭示miR2009家族对靶标的选择特异性及可能的机制；3）分析miR2009家族对靶标的调控机制；4）鉴定miR2009及其靶标的抗病信号途径；5）鉴定miR2009家族及其靶标参与大、小麦对白粉病抗病反应的功能；6）解析miR2009家族参与麦类作物对白粉病抗病反应的作用机制。

MicroRNAs（miRNAs）是真核生物中一类内源非编码小分子RNA，通过降解转录产物或抑制蛋白翻译而对真核生物众多基因的表达进行负调控。研究表明，miRNAs在植物抵御病原菌入侵过程中发挥重要的调节作用，是植物免疫系统不可缺少的功能元件。本研究利用大麦与白粉病菌的互作体系，通过Solexa二代测序技术，对大麦中与白粉病菌侵染相关的miRNAs进行了全面的分析，并对其中一些miRNAs的靶标基因进行了信息学预测和生物学验证，证明这些miRNAs所调控的靶标基因在大麦对白粉病菌的PTI和ETI抗性中都发挥着重要作用。我们还鉴定出调节Mla抗病基因的miRNA家族（miR2009），对这一家族与Mla基因的调控关系进行了研究，初步得到以下一些结果：1）miR2009a、c、d，而非miR2009b，调节Mla基因；2）包括Mla1在内的一个亚类的Mla基因受到miR2009a和c/d的调节，Mla6、Mla10等不能被调节；3）miR2009a和c/d对靶标基因的调控依赖于其5’端2-11nt碱基与靶标位置的严谨配对；4）miR2009a、c/d通过AGO1来发挥对Mla基因的调节功能；5）miR2009能够介导21-nt phased siRNAs的形成，从而增强miR2009对靶标基因的调节效率；6）过表达miR2009a和c/d均能显著抑制Mla介导的大麦对白粉病菌的小种专化抗性。.关键词：miR2009；大麦；小麦；白粉菌；先天免疫