木薯耐低温性相关miRNA的筛选及其功能分析

木薯是热带地区重要的粮食作物和我国的生物能源原料作物，低温是限制其扩大种植区域和实现高产稳产的重要影响因素之一。前期对耐低温木薯SC124进行低温处理和小RNA测序，已经获得了52个低温诱导表达的miRNA。本研究将在此基础上，开展：1）验证52个miRNA的低温响应特性，分离被验证的miRNA基因启动子区，筛选启动子区具备低温响应顺式元件的miRNA基因；2）预测筛选后miRNA的靶基因，经miRNA:靶基因互作验证和表达量消长关系分析，确定耐低温性相关的关键miRNA；3）克隆关键miRNA在耐低温性差异较大的木薯品种的靶基因，结合两者表达量的消长关系和剪切位点与频率的差异，阐述靶基因遗传多态性与miRNA对靶基因调控效率间的关系。通过本研究，将获得木薯耐低温性相关的关键miRNA基因资源，解析miRNA在木薯耐低温过程中对靶基因的调控机制，为木薯耐低温的遗传改良提供理论支持。

为研究木薯驯化处理提高木薯耐寒性的机理，本项目通过对木薯品种SC124经过和不经过低温驯化与对照处理等的小RNA数据和转录组数据的比较分析，共鉴定了154个miRNA（其中61个为未被报道的新miRNA），并筛选了62个表达差异显著的miRNA（39个为已知miRNA，23个为新miRNA）。综合同一样品miRNA和mRNA与对照的表达量变化，发现1454对差异miRNA与其差异靶基因在表达量上存在较明显的消长关系，5’RACE实验验证了其中11对miRNA：靶基因的在mRNA水平上的剪切事件。此外，我们发现14度亚低温胁迫可特异性地诱导小分子营养物质的储备，使得木薯启动类似于免疫抗性的产生以抵抗更低的低温。但没有经过14度驯化的冷激处理则是诱导类似于病毒入侵的坏死反应。进一步研究发现Novel-4启动子区检测到多个与胁迫相关的顺式作用元件，可在低温和干旱下，通过对其靶基因M20/M25/M40肽酶家族007251m成员的mRNA进行剪切，实现novel-4对低温和干旱胁迫的共同响应。通过本研究，获得了木薯耐低温性相关的miRNA和功能基因资源，为木薯耐低温的遗传改良打下良好基础。项目执行期间发表了3篇SCI论文，3篇国内核心期刊论文，毕业了1名博士和3名硕士。