microRNA在水稻重金属镉胁迫应答中的功能分析

土壤重金属污染是我国一个非常重要的环境问题。如何在轻度重金属污染土壤中进行农作物安全生产对保障农产品安全和人类健康意义重大。然而这依赖于植物对重金属吸收、转运规律的认识及其生理分子机理的揭示。正确调节基因表达是植物正常生长和适应各种胁迫的基础。microRNA对基因转录后水平的调节在植物逆境反应中发挥着重要作用。本研究以水稻为材料，microRNA芯片分离得到与镉胁迫应答相关的3个microRNA- - miR166、miR390和miR268为研究对象，研究它们的组织时序的特异性表达及启动子区的胁迫诱导元件，实验验证它们的靶基因：HD-Zip转录因子、RLK蛋白激酶和Nramp金属转运体，探明它们在水稻镉胁迫应答中发挥的具体生物学功能及其对靶基因的负调控作用，为深入揭示植物对重金属吸收、转运规律及其对重金属耐性的分子生物学机制提供佐证。

土壤重金属污染是我国一个非常重要的环境问题。miRNA是一类新型的调控基因表达的小分子RNA，它对植物生长发育以及多种逆境胁迫响应的调节发挥着重要作用。研究miRNA在水稻重金属Cd胁迫应答过程中的功能，将有助于加强对基因表达调控机制和植物重金属耐性分子机理的理解，也可为通过小分子RNA的遗传操作改良作物的抗逆性提供新思路。本项目以水稻中花11为材料，选取水稻miRNA芯片分离得到的重金属镉胁迫应答相关的3个miRNA——miR166、miR390和miR268，探究它们在水稻镉胁迫响应中的功能，取得了以下结果。选取这三对miRNA及其靶基因：miR166/HD-Zip、miR390/RLK和miR268/NRAMP，检测它们在Cd胁迫下的表达。发现在Cd处理3，6，12，24 h的不同时间点下，这三对miRNA/靶基因均基本呈现出相反的表达模式，这一结果验证了miRNA对其靶基因的表达负调控。对miR166、miR390和miR268基因启动子区进行顺式作用元件分析，发现存在多种胁迫相关元件，暗示这些miRNA参与环境胁迫应答的可能性。选取miR166、miR390和miR268进行了水稻中花11过量表达转基因研究。结果表明在Cd胁迫下转基因水稻与野生型相比，miR166过量表达的转基因种子萌发时根的伸长和数目受抑程度较低。苗期miR166过量表达植株生长相对健壮，且Cd在水稻植株地上部的积累降低。其受胁迫毒害的程度也较低，表明过表达miR166可在一定程度上缓解Cd对水稻的毒害。而miR390过量表达和miR268过量表达均在一定程度上提高水稻对Cd胁迫的敏感性。这些结果表明miRNA在水稻Cd胁迫应答中发挥重要作用。