水稻microRNA319及其靶基因在冷胁迫反应中的作用机理研究

Extreme low temperature is one of the major abiotic stresses to crops, such as rice (Oryza sativa L.), causing significant loss in yield. Therefore, research on plant cold tolerance is of great importance to ensure food security. MicroRNA319 (miR319) is one of the first characterized and most conserved miRNA families in plants and has been demonstrated to target TCP (TEOSINTE BRANCHED/CYCLOIDEA/PCF) genes encoding plant-specific transcription factors. We have previously reported that miR319 and its targeted TCP genes are involved in low temperature stress response, though the underlying mechanism remains elusive. Here，we propose to investigate the roles the miR319-targeted TCP genes play in rice response to cold stress using reverse genetics and biochemistry approaches. We will try to establish the gene expression regulation network controlled by miR319 and its target genes in rice cold stress responses and explore the possible molecular mechanism. The expected results would not only allow a better understanding of the molecular mechanism of plant response to low temperature stress, but also help develop novel molecular strategies to enhance cold resistance in rice and other crops.

低温冷害是造成水稻等作物减产的主要逆境因素之一，开展水稻耐冷性研究对保障粮食安全具有重要意义。MicroRNA319（miR319）是植物中一个很保守的miRNA家族, 它直接调控的靶基因编码植物特有的TCP (TEOSINTE BRANCHED/CYCLOIDEA/PCF) 转录因子。在前期研究中，我们已经证明miR319及其靶基因参与水稻的低温胁迫反应，通过转基因手段可以提高水稻的耐冷性，但对其作用的分子机制仍然所知甚少。本项目拟在前期工作的基础上，利用反向遗传学、生物化学等手段对miR319靶基因的功能进行深入研究，阐明它们在水稻低温胁迫反应中的作用；采用高通量二代测序技术进行转录组测序和生物信息学分析，解析miR319及其靶基因在低温胁迫反应中作用的分子机制。预期的结果不仅可以增进我们对植物应答低温胁迫过程的了解，而且也可为水稻等作物的耐冷育种提供新的思路和新的基因资源。

作为一种起源于热带和亚热带地区的作物，低温冷害是造成水稻减产的主要逆境因素之一，开展水稻耐冷性研究对保障粮食安全具有重要意义。研究发现，水稻microRNA319（miR319）通过直接调控其靶基因TCP参与水稻的低温胁迫反应。上调miR319的表达和下调TCP的表达良均能增强水稻的耐冷性。但目前对miR319-TCP调控模块的分子作用机制及参与的调控网络还知之甚少。本研究在前期工作的基础上，利用反向遗传学、分子生物学和生物化学等手段对水稻的5个miR319靶基因的功能进行了系统研究，发现这5个基因都不同程度地负调控水稻的耐冷反应，且存在功能冗余。其中，OsPCF5 对冷胁迫的反应最为显著。. 为了进一步解析miR319-TCP模块参与的调控网络，本研究综合利用多种技术手段， 对TCP转录因子OsPCF5的相互作用蛋白进行了系统的筛选、鉴定和验证，并重点关注一些和逆境胁迫相关候选转录因子。综合考虑转录组数据等信息，我们发现OsPCF5通过与OsMYB30蛋白直接互作介导水稻的冷胁迫反应。已有文献和我们的初步工作证明OsMYB30作为耐冷性中负调控因子发挥功能，它通过与OsJAZ9互作，调控BMY基因的表达影响水稻的耐冷性。本研究首次将miR319-TCP和OsMYB30-OsJAZ9这两个调控模块整合，进一步完善了miR319及其靶基因在低温胁迫反应中调控网络。本研究可以增进我们对植物应答低温胁迫过程的了解，而且也可为水稻等作物的耐冷育种提供理论基础。