野生狗牙根耐盐相关miR319及其靶基因CdGAMYB1的功能解析

Soil salinization is the direct cause that affects effective utilization of extensive land resources in China. Bermudagrass is widely used because of its strong stress tolerance. MicroRNAs play important roles in plant tolerance to salt stress through regulating expressions of the target genes. One of the important methods of obtaining varieties of bermudagrass with salt tolerance is to discover the microRNAs and their target genes related to salt tolerance from wild bermudagrass, and then improve salt tolerance of bermudagrass by modern breeding techniques. In our previous study, we identified a microRNA, miR319, and its target gene, CdGAMYB1, strongly induced by salt stress. On this basis, we will identify gene functions of miR319 and CdGAMYB1 through over-expression and VIGS techniques. The differential expression genes will be further investigated on CdGAMYB1 over-expression or VIGS and control plants under normal and salt stress condition. The study will reveal the function of miR319 and its target gene CdGAMYB1 in regulating bermudagrass responses to salt. Furthermore, the molecular regulatory network mediated by CdGAMYB1 will be clarified. The study will provide important molecular elements and scientific evidences for bermudagrass breeding for salt tolerance. Therefore, this study has important theoretical significance and great application value.

土壤盐渍化是影响我国大面积土地资源有效利用的直接原因，而狗牙根是一种应用广泛且具有较强耐逆性的优良草种。研究表明，microRNA通过调控其靶基因的表达，在植物耐盐调节中发挥着重要作用。因此，从我国野生狗牙根中发掘耐盐相关的microRNA及其靶基因，通过现代育种技术改良狗牙根的耐盐性，是获得耐盐狗牙根新品种的重要手段之一。前期，我们从野生狗牙根中鉴定到受盐胁迫显著调节的miR319及其靶基因CdGAMYB1。基于此，本项目将利用超表达和VIGS技术鉴定miR319及CdGAMYB1在盐胁迫应答中的功能；利用转录组学技术研究CdGAMYB1基因超表达和抑制表达后的植株在盐胁迫下的差异表达模式，解析CdGAMYB1转录因子的耐盐调控网络。项目将阐明miR319及其靶基因CdGAMYB1的耐盐功能及分子调控网络，为未来狗牙根耐盐育种提供重要的分子元件和科学依据，具有重要的理论意义和应用价值。

随着社会经济和城市现代化的发展，人们对生活环境质量要求也逐步提高，城市绿地及运动场的建设也日趋成为人们的重要的需求，而建植草坪业已成为实现环境友好型发展的重要举措。目前，草坪草已经广泛应用在公园、绿地、运动场等人类活动的重要公共场所。但是，草坪草在生长过程中往往会受到诸如干旱、高温、低温以及盐碱等环境胁迫；此外，满足人类活动和景观美化是草坪的重要功能，在此过程中，草坪草也将受到践踏、遮阴等人类活动所造成的胁迫。狗牙根作为重要的暖季型草坪草，具有质地细腻、色泽浓绿、成坪速度快、耐践踏等优点，被广泛应用于我国黄河以南大部分地区，但是在使用过程中，狗牙根也将面临各种环境以及人类活动所造成的胁迫。如何提高狗牙根的耐逆能力，也是草坪草育种中面临的一个重要问题，因此，从生理及分子水平上广泛并深入研究其环境胁迫应答的机制，对狗牙根耐逆育种工作起着至关重要的作用。本项目主要研究狗牙根耐盐相关基因CdGAMYB1功能、冷激处理对狗牙根耐盐性的影响和黑暗诱导狗牙根衰老基因的挖掘。我们构建了CdGAMYB1转基因拟南芥株系，并利用生理生化实验技术对其在环境胁迫下的表现进行评价，发现CdGAMYB1超表达转基因株系对渗透胁迫和盐胁迫耐性都有明显提高，同时发现在逆境胁迫下，相较于对照植株，转基因拟南芥侧根数目增多极其明显，而主根长度却无明显变化，表明了狗牙根CdGAMYB1基因通过调节侧根的数量来调节植物对环境胁迫的耐受程度，为狗牙根耐逆分子育种和植物耐逆理论研究提供了重要的基因材料；利用生理生化技术分析了4℃冷激处理后狗牙根耐盐性变化，发现冷激处理能显著改善狗牙根的耐盐性；基于RNA-seq技术，挖掘到多个与狗牙根黑暗诱导的叶片衰老相关基因，如乙烯、脱落酸、茉莉酸、生长素等植物激素调节相关基因，内质网蛋白合成相关基因，N-glycan合成相关基因以及NAC、WRKY及bHLH等转录因子，揭示了狗牙根黑暗胁迫应答的深层分子机制。本项目取得了良好的研究进展，达到了预期研究目标，为狗牙根耐盐研究提供了重要的科学资料。