玉米耐旱相关miRNA的鉴定、分析及其与耐旱性的关系

深入理解和掌握玉米耐旱机制，可发掘高效改良其耐旱性的新策略或新途径。长期以来，耐旱机制研究主要集中在耐旱编码蛋白基因的鉴定和发现上，但众多耐旱相关基因是植物干旱应答的结果，受某些调控因子精确调控，以此改良玉米耐旱性必将事倍功半。近年来，越来越多研究表明，非编码蛋白基因中的microRNA与植物耐逆密切相关，被认为是众多耐逆编码蛋白基因表达的开关调节器。课题组前期对强耐旱自交系"81565" 耐旱蛋白基因及其表达特性进行过系统研究，发现pp2c基因在干旱与非干旱下有选择性剪切，因此，本项目计划以"81565"为材料，依据已发掘耐旱编码蛋白基因序列信息及microRNA序列特征，将生物信息学方法与构建microRNA文库法相结合，研究、筛选并鉴定耐旱相关microRNA及其在干旱与对照下的表达差异；再以此为信息探针，同源搜索蛋白质数据库，寻找靶基因，解释其功能，进而分析、理解玉米耐旱调控机制。

深入理解和掌握玉米耐旱调控机制，可发掘高效改良玉米耐旱性的新策略或新途径。本项目以强耐旱自交系“81565”、较强耐旱系“87-1”与弱耐自交系“丹340”、“21ES”为材料，结合运用miRNAs计算机软件预测、克隆测序、芯片杂交及数字基因表达谱分析等方法，研究、筛选和验证玉米耐旱相关miRNAs及其靶基因。结果发现有303个miRNAs在干旱胁迫下有极显著的表达差异，其中2个是新发现miRNAs（miRNA397、miRNA815a），特别是miR159、miR168家族成员在干旱下的差异表达，无论是芯片杂交还是northern杂交均表现出明显的规律性且差异表达信号值较大。miR159a/b/f在耐旱系干旱胁迫早期上调表达，特别是在“81565“中尤为突出，在弱耐系中表达下调或变化不明显；miR168a/b在“81565”和“丹340”中上调表达，在“87-1”中变化不明显，在“21ES”中下调表达，表明它们与耐旱性密切相关。通过对差异表达miRNAs靶基因预测和数字表达谱分析，预测到了128个miRNAs的390个靶基因，其中54个靶基因在数字基因表达谱中有明显检测信号，表明这54个靶基因可能受耐旱相关miRNAs的调控进而影响玉米耐旱性强弱。这些靶基因主要涉及逆境转录因子MYB、NAC、GTP酶活化蛋白、钙调蛋白激酶、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、组蛋白脱甲基酶、生长调节因子等逆境相关蛋白，最终实现对干旱胁迫的响应、调节和耐受。