逆境胁迫下拟南芥microRNA393的表达调控机理研究和抗逆境功能探索

植物固定生长，无法选择生存环境，必须经受各种生物和非生物胁迫的压力。研究发现大量植物基因的表达受到营养缺陷、干旱、高盐、极端温度等各种胁迫的调控，miRNA介导的基因转录后抑制也参与了这一调控过程。研究发现拟南芥部分miRNA的表达水平受到非生物胁迫的影响，其中microRNA393的表达明显受到干旱、冷和盐胁迫的诱导。miR393的靶基因是生长素受体家族，在植物的许多基础生物学过程中发挥重要作用。基于我们对拟南芥miR393的克隆和转基因功能研究的基础上，本项目拟以拟南芥中miR393的两个家族成员作为研究对象，分析启动区序列和启动子功能，考察miR393在各种胁迫条件下的表达变化，开展拟南芥miR393在逆境胁迫中的表达调控机理的研究；同时利用获得的miR393表达量变化的转基因植株来考察拟南芥在这些胁迫下的耐受性和生存能力，探索miR393在逆境胁迫下的生物学功能。

本工作利用模式植物拟南芥作为研究材料，考察了MIR393及其靶基因TIR1在盐胁迫下的转录调控规律，研究了miR393-TIR1互作与拟南芥盐胁迫耐受性之间的关系，探索了miR393-TIR1互作影响盐胁迫耐受性的机理，以期阐明miR393-TIR1互作在逆境胁迫中的作用，为miRNA和耐逆境机制的研究提供新的数据和参考。本项目按期完成，所取得主要研究成果如下：利用定量PCR测定了盐胁迫下，野生型拟南芥MIR393基因及TIR1基因表达量变化，发现其中MIR393a基因及TIR1基因表达量提升。利用构建的启动子报告载体转化拟南芥，获得报告植株，GUS活性检测同样证实MIR393a基因及TIR1基因表达量在盐胁迫下显著提升。以野生型植株为对照，利用MIR393过表达植株、不受miR393负调控的mTIR1基因过表达植株、TIR1基因功能缺失植株开展逆境胁迫抗性实验，发现ABA处理下mTIR1过表达株系子叶转绿比例降低，萌发率显著低于野生型及其他株系。发现盐胁迫下TIR1基因的超量积累提高了植株种子萌发率和萌发速度、降低根伸长受到的抑制作用、提高植株的物质积累量、提高植株存活率、延长了植株保绿时间，进而提高植株的盐胁迫抗性。而miR393过表达株系及tir1-1突变体等TIR1受抑株系对盐胁迫更为敏感，萌发率较低、根的伸长明显受抑、植株白化死亡率更高、叶绿素相对含量较低。针对高浓度盐处理下各株系的生理指标测定结果显示，mTIR1过表达株系的脯氨酸、花青素含量及SOD活性增强显著，增量大大高于野生型及其它株系，调渗物质甘氨酸甜菜碱的合成酶基因表达量上调显著，植株的渗透胁迫抗性增加；胞内Na离子外排的运输蛋白显著上调，胞内钠离子的积累量显著降低。我们认为拟南芥TIR1表达量的提升通过上调生长素的信号，激发调渗物质的积累和钠离子的外排，最终提升了植株的盐胁迫耐受性。