芥蓝种子萌发过程中芥子油苷代谢的microRNA调控机理研究

The content of glucosinolate, especially aliphatic one, decrease in the germination of Chinese kale seeds, which cause the decline of the nutritional quality of Chinese kale sprouts. MicroRNA (miRNA) plays key roles in the development of plants, meanwhile, the accumulation of glucosinolate was changing accompanying with the growth and development of plant. Researchers have found that the change of expression levels of some miRNAs can alter the content of glucosinolate to cope with the stress caused by external environment. However, few information has been reported about how the biosynthesis of glucosinolate was regulated by miRNA. In this project we are going to identify miRNAs regulating the biosynthesis of glucosinolate in germinating Chinese kale sprouts and to clarify the mechanism underlying the regulation of miRNA on glucosinolate via seeking the transcriptional factors and biosynthetic genes of glucosinolate regulated by miRNA utilizing the bioinformatics and molecular biology.

芥蓝种子萌发过程中芥子油苷含量，特别是脂肪类芥子油苷含量的下降使得芥蓝芽菜的品质受到极大影响，因此探讨芥蓝种子萌发过程中芥子油苷的代谢机制就显得尤为重要。最新研究表明microRNA（简称miRNA）可以通过调节芥子油苷的含量进而影响到植物在胁迫反应中的表现，然而miRNA如何调控次生代谢物芥子油苷的合成还未知。研究表明芥蓝在生长发育过程中芥子油苷含量呈现规律性的变化，特别是种子萌发过程中芥子油苷含量出现大幅度下降，是研究miRNA调控芥子油苷代谢的良好体系。本项目拟在芸薹属蔬菜芥蓝中考察miRNA对芥子油苷合成的调控作用，探明参与芥子油苷代谢调控过程中的miRNA以及芥子油苷合成过程中被miRNA调节的转录因子和合成基因，结合生物信息学分析和分子生物学技术阐明miRNA调控芥子油苷合成的分子机理。

芥蓝种子萌发过程中芥子油苷含量，特别是脂肪类芥子油苷含量的下降使得芥蓝芽菜的品质受到极大影响，因此探讨芥蓝种子萌发过程中芥子油苷的代谢机制就显得尤为重要。最新研究表明miRNA可以通过调节芥子油苷的含量进而影响到植物在胁迫反应中的表现，然而miRNA如何调控次生代谢物芥子油苷的合成还未知。研究表明芥蓝在生长发育过程中芥子油苷含量呈现规律性的变化，特别是种子萌发过程中芥子油苷含量出现大幅度下降，是研究miRNA调控芥子油苷代谢的良好体系。项目收集了芥蓝芥子油苷品种资源共计45份，通过高效液相色谱法分析了部分株系芥蓝种子在萌发过程中不同阶段（吸胀、萌动、发芽和幼苗形态建成时期）的芥子油苷含量和组分变化，发现不同品种芥蓝芥子油苷含量存在差异，且芥蓝种子在萌动时芥子油苷含量最高，在幼苗形态建成期含量最低。在萌动期miRNA数据库中得到206个已知的miRNA和213个新miRNA，在幼苗形态建成期miRNA数据库中得到185个已知的miRNA和199个新miRNA。其中具有显著差异的miRNA有224个已知miRNA和181个新miRNA。以含量差异最大的JL-08和JL-09培养7d后提取RNA构建6个转录组数据库，进行了相应的差异基因预测和GO功能分析，2716个差异表达的基因中，有1477个基因的表达上调，1239个基因的表达下调。共有2240个基因分属到52个亚类中。项目研究发现了降解代谢在不同芥子油苷含量的芥蓝芽菜中发挥重要作用，高芥子油苷品种JL-08中芥子油苷的含量高，其合成基因和降解基因的表达比低芥子油苷品种JL-09低，结合芥蓝种子中芥子油苷的含量多少，说明芥蓝芽菜中芥子油苷的积累主要取决于种子中芥子油苷的转移。项目明确了芥蓝种子萌发过程中芥子油苷含量发生变化的原因，筛选出参与到调控芥子油苷代谢过程中的miRNA，初步阐明了miRNA调控芥蓝芥子油苷代谢的分子机理。