miR482/2118通过GA信号转导途径参与荔枝果实发育的作用机制研究

Fruit development is one of the most important biological processes of fruit trees. Gibberellin (GA) plays pivotal roles in this process. Our preliminary research results in litchi have revealed that miR428/2118 is involved the GA signaling pathway via the instigation of phasiRNA production, likely playing an important role in the fruit development. So far there is no report about the direct involvement of a miRNA in the GA signaling pathway. To verify and study in detail the role of this regulatory pathway in litchi fruit development, this project is set out to carry out studies of three major parts: (1) genome-wide identification and regulatory network exploration of keys genes of the pathway and their upstream and downstream regulators; (2) profiling the spatiotemporal regulation pattern of the pathway in the fruit development of two litchi cultivars, ‘Huaizhi’ and ‘Nuomici’; (3) investigating the cellular basis for the function of small RNAs (miR482/2118 and phasiRNA) and keys genes in the regulatory pathway. All the results obtained from this project will greatly enrich our knowledge about miRNA function and GA signaling in plants, and will also shed new light on the role of GA signal in the development of litchi fruit, helpful for the development of improved approaches of using the plant growth regulator GA in fruit production.

果实发育是果树作物中最为重要的生物学过程之一。植物激素赤霉素（GA）在这一过程中有着极其重要的调控作用。申请人前期研究发现miR482/2118很可能通过介导phasiRNA的产生参与GA信号转录，进而调控荔枝果实生长发育。目前有关于miRNA直接参与GA信号转导的调控通路在植物中尚未有报道。为进一步解析这一调控通路在果实发育过程中的作用机理，本项目拟从三个方面开展研究：（1）调控通路中关键基因及上下游调控因子的鉴定及调控网络分析；（2）两个荔枝品种（‘怀枝’和‘糯米糍’）果实发育过程中，这一通路时空调控模式的对比研究；（3）关键小RNA（miR482/2118和phasiRNA）和关键调控基因行使功能的细胞学基础。上述研究结果既可以丰富植物miRNA作用和GA信号转导调控相关理论，又有助于解析GA信号转导影响荔枝果实发育的分子机理，为生产上更好地利用赤霉素这一植物生长调节剂提供理论支持。

果实发育是果树作物中最为重要的生物学过程之一。植物激素赤霉素（GA）在这一过程中有着极其重要的调控作用。目前有关于miRNA直接参与GA信号转导的调控通路在植物中尚未有报道。本项目基于申请人前期在荔枝中的研究发现——miR482/2118很可能通过介导phasiRNA的产生参与GA信号转导进而调控荔枝果实生长发育，对miR482/2118-TASL-GID1调控通路中关键基因进行系统分析和鉴定，证实miR482/2118可以从转录水平调控GA受体基因的表达来直接参与GA信号转导，并发现GA信号通路中关键调控基因LcGAMYB33可以调控MIR481/2118的转录从而形成反馈调控通路；对比了两个荔枝品种（‘怀枝’和‘糯米糍’）果实发育过程中miR482/2118-TASL-GID1通路中关键基因及小分子RNA时空调控模式，明确该通路在荔枝果实，尤其是种子发育中的重要作用，并通过在拟南芥中异源构建这一调控通路，证实了该作用；优化了利用UPLC-MS/MS系统进行荔枝果实中GA测定的方法和测定了‘怀枝’和‘糯米糍’发育过程中GA含量的变化，发现GA1含量最高，可能是参与荔枝种子发育调控的关键GA类型；并鉴定得到DELLA蛋白LcRGL1互作转录因子LcNAC72和分析了其下游调控基因；开发了生物信息工具TBtools对高通量测序数据分析方法进行系统性优化和改进。上述研究结果证实了miR482/2118在荔枝中具有高度多样化的生物学功能，既可以丰富植物miRNA功能进化、GA信号转导以及它们之间的相互调控等相关理论知识，又有助于解析GA信号转导影响荔枝果实发育的分子机理，为生产上更好地利用赤霉素这一植物生长调节剂提供理论支持。项目执行过程中共发表含资助标注的相关SCI论文12篇，其中影响因子>7的论文8篇，培养博士后或研究生7名，基于miR482/2118生物功能多样化撰写的综述论文发表在国际知名期刊New Phytologist上，TBtools论文被评选为“2020年度中国百篇最具影响力国际学术论文”。