水稻剑叶中参与小RNA生物合成过程的关键基因的鉴定及功能研究

Dissecting the biogenesis process of small RNAs (sRNA) is vital for the understanding of the diverse biological functions of small RNAs. However, methods used in current studies depend on the discoveries of new mutants, which are unable to resolve all sorts of factors involved in sRNA biogenesis. Previously, we demonstrated that genetic analysis of sRNA expression level was an efficient approach to unclose the key genes involved in sRNA biogenesis. Based on the sRNA sequencing data of a F2 population of rice and the high-quality parental genome sequences of the population obtained in previous studies, we identified and preliminarily studied five candidate genes regulating the expression variations of plentiful sRNAs through linkage analysis in this study. For each candidate gene, we aim to construct mutants to verify the functions of the candidate gene and its natural variations in sRNA biogenesis. For the two candidate hpRNAs, we plan to identify the key downstream target genes of sRNAs derived from the hpRNAs based on sequence alignment, mutant analysis and agronomic traits investigation. Finally, we aim to investigate the impact of candidate hpRNAs and the downstream target genes of sRNAs to the agronomic traits of rice. The expected results of this project will uncover the key genes involved in sRNA biogenesis in rice flag leaf and will hopefully provide theoretical bases and directions for genetic improvement of rice.

小RNA生物合成过程的解析对于深入理解小RNA的各种生物学功能有重要意义。现有研究方法依赖于新突变体的鉴定，难以系统解析参与小RNA生物合成的各种因子。前期研究中，我们初步证实了小RNA表达量变异的遗传分析是解析小RNA生物合成过程的一种有效方法。本项目基于前期研究中获得的水稻F2群体小RNA测序数据以及群体亲本全基因组序列，使用连锁分析的方法鉴定了调控大量小RNA表达量变异的五个候选基因。针对每个候选基因，拟构建突变体以验证候选基因及其自然变异在小RNA生物合成过程中的功能。针对候选基因中两个hpRNA，拟结合序列比对、突变体分析、农艺性状考察等方法鉴定由hpRNA剪切生成的小RNA的关键下游靶标基因，解析hpRNA以及小RNA靶标基因对水稻农艺性状表型的影响。本项目的预期成果能够揭示水稻剑叶中参与小RNA生物合成的关键基因及其功能，同时也可能为水稻的遗传改良提供理论依据和指导。

小RNA生物合成过程的解析对于深入理解小RNA的各种生物学功能有重要意义。现有研究方法依赖于新突变体的鉴定，难以系统解析参与小RNA生物合成的各种因子。前期研究中，我们初步证实了小RNA表达量变异的遗传分析是解析小RNA生物合成过程的一种有效方法。本项目在前期研究的基础上开发了不依赖参考基因组的小RNA测序数据分析的新方法，发现长链反向重复序列能够形成大量的小RNA。前期研究中得到了调控大量小RNA表达量变异的五个候选基因，其中两个可形成hpRNA，本研究发现这两个hpRNA是由两条长链反向重复序列转录形成的。本研究还发现了一条受白叶枯病菌诱导表达的hpRNA，其被剪切形成的小RNA所调控的下游靶基因是前人研究中报道过的一个广谱抗白叶枯病主效QTL对应的多个抗病基因。在此基础上，本研究收集了420多个动植物基因组数据，系统鉴定了其中的长链反向重复序列，构建了数据库LIRBase，并初步分析了前期研究中发现的候选基因DCL、RDR等在长链反向重复序列形成的小RNA生物合成过程中的作用。