胡杨peu-miR129及其靶基因调控杨树干旱胁迫适应性的分子机制

Water shortage is crucial problem in China. It is very important to produce new plant variety with high drought tolerance and high water use efficiency (WUE). We have previously identified Populus-special microRNA peu-miR129 from Populus euphratica. Transcriptional regulation network and functional characters of peu-miR129 in poplar adaptable to drought stress will be elucidated here. 5' RACE methods will be used to indentify of peu-miR129 target genes from candidate targets. Tissue and space specific expression pattern of peu-miR129 and target genes will be analyzed in Populus euphratica under drought and ABA treatment. Function of Poplar peu-miR129 and target genes in drought tolerance and high WUE will be examined by transferring peu-miR129 and target gene into Popolus tomentosa. We will use Affymetrix Poplar gene chip technique to analyze downstream genes regulated by peu-miR129 and gene promoter characteristics of key gene will be investigated. Possible role of peu-miR129 in ABA signal transduction will be discussed here. Our goal is to understand complex transcriptional regulatory network mediated by miRNA in poplar response to drought stress, and identify key genes in the regulation of WUE and drought tolerance. We expect to provide theory and technique basis for Poplar molecular breeding with high drought tolerance and high water use efficiency.

我国水资源十分贫乏，培育强抗旱性、高效水分利用效率（WUE）植物新品种十分重要。我们前期从抗逆模式植物胡杨(Populus euphratica )中分离鉴定杨树特有的microRNA peu-miR129。本项目拟以peu-miR129介导的转录调控网络入手，通过鉴定在胡杨peu-miR129与候选基因的靶向关系；比较分析在干旱处理、ABA等外源信号诱导下胡杨peu-miR129、NAC等靶基因时空表达模式；遗传转化毛白杨（Popolus tomentosa）；Affymetrix 基因芯片技术分离peu-miR129及其靶基因调控的下游基因；研究peu-miR129及其靶基因在调控杨树抗旱节水性状中的潜在功能，探讨peu-miR129在ABA信号转导中可能发挥的作用，阐明胡杨适应干旱逆境特有的peu-miR129介导转录调控网络机制，为抗旱、高效WUE杨树新品种创制奠定理论与技术基础。

我国水资源十分贫乏，培育强抗旱性、高效水分利用效率（WUE）植物新品种十分重要。我们从抗逆模式植物胡杨(Populus euphratica )中分离鉴定杨树特有的microRNA peu-miR129，提交miRBase（http://www.mirbase.org/）后得以正式命名peu-miR6445。在杨树基因中miR6445预测有22个靶基因，利用烟草共转化瞬时表达和5’ RACE 方法或者降解组学方法，我们鉴定了其中错配罚分低于2.0的10个候选基因的靶向关系，其中包括7个NAC转录因子、1个过氧化物酶体的生物合成因子PEX11和2个未知功能基因；干旱与植物激素ABA、SA、MeJA诱导miR6445表达水平上升；构建peu-MIR6445a和peu-MIR6445b超表达载体、以及peu-miR6445干扰沉默载体，遗传转化84K杨(P. alba ×P. glandulosa)，获得转基因杨树。与对照和peu-miR6445超表达株系比较、peu-miR6445沉默转基因杨树表现出更强的生长优势和水分利用效率, 同时具有更强的抗旱性。保守的miR164靶向的PeNAC070是抗旱耐盐性的负向调控因子。我们在毛果杨基因组中鉴定出能够产生91个phasiRNA的20个PHA基因，发现杨树特有的miR6445是6个PHAS基因（PtPHA15-20, 包括5个NACs和一个未知功能基因PHAS18）的相位断裂的启动元件，转录组分析显示6个PHAS应答干旱胁迫。MiR6445通过自身或其phasiRNA直接或者间接靶向具有不同功能的89基因（23个NAC基因）。并且miR6445- PtPHA18-phasiRNA这条调控通路，被降解组数据所证实，表明miR6445可能通过phasiRNA机制产生一种自我增强的调控网络。另外，首次在毛果杨全基因组中鉴定出2542个新的lincRNA候选位点，504个lincRNA是响应干旱胁迫，发现有20个lincRNA可能通过假靶基因的模式负调控毛果杨miRNA，响应干旱的lincRNA20可以通过假靶基因模式来调控miR169表达。我们的研究为深入解析干旱胁迫下杨树非编码RNA介导的复杂转录调控网络、抗旱节水林木的培育提供理论基础。