microRNA在水稻杂交种愈伤分化能力超亲现象中的调控作用

Heterosis has been an important topic in biology. We previously found that the two rice (Oryza sativa) pure-lines and their reciprocal F1 hybrids showed significant difference in genomic instability under tissue culture，but no heterosis in this triat; however, the superiority of differentiating capacity of hybrids than their parents clearly pointed to heterosis. Based on the above, we aim to identify the miRNAs related to the transgression of differentiating capacity of rice hybrids calli through high-throughput microRNAs (miRNAs) sequencing; validate the function of potential miRNAs and their target genes using transgenic approaches; and establish the relationships between miRNAs expression and cellular traits and analyze the regulation of miRNAs to the heterosis of transgression of differentiating capacity in rice hybrids calli. Results obtained from this study are expected to provide new clues for the heterosis phenomenon.

杂种优势一直是生物学领域研究的热点问题。我们的前期工作发现，水稻纯系和其正反交杂交种F1代在组织培养条件下，呈现不同基因组稳定性，虽然就基因组稳定性而言，杂交种并未发现明显的杂种优势，但杂交种愈伤组织的分化能力显著优于纯系亲本，表现出明显的杂种优势。本项目拟在上述研究基础上，对水稻纯系和杂交种愈伤组织进行microRNAs（miRNAs）高通量测序，寻找杂交种愈伤组织分化能力超亲现象相关miRNAs；通过水稻遗传转化，验证候选miRNAs及其靶基因功能，并结合纯系与杂交种的愈伤组织物理性状和细胞结构差异分析，建立miRNAs表达与细胞性状特点的关联，解析正反交杂交种分化能力超亲现象的miRNAs调控机制。本研究结果预期将从一个新的角度为理解植物杂种优势现象提供新的启示。

杂种优势在植物界广泛存在，其原理在育种工作中得到广泛应用，多年来一直是植物进化和分子生物学研究的热点问题。在前期工作中我们发现，水稻杂交种愈伤组织比其纯系亲本具备更强的分化能力，本研究对此杂种优势现象的可能机制进行了探索。.1. 愈伤组织解剖学观察。以纯系水稻Nipponbare（japonica），93-11（indica）及其正反交杂交种成熟胚为外植体，诱导愈伤组织并进行分化，统计分析其分化特性；利用石蜡切片技术，对比观察不同基因型愈伤组织显微结构特征。结果表明，杂交种愈伤组织细胞排列紧密、整齐，薄壁细胞外侧包裹大量分生能力较强的细胞团，并且细胞壁大多未出现木质化或木栓化的情况，为其高效分化奠定了基础。.2. 杂交种愈伤组织分化能力超亲相关miRNAs的筛选鉴定。利用Illumina solexa高通量测序技术，对比分析杂交种与模拟杂交种miRNAs表达模式差异，分析对应靶基因功能，综合分析筛选到候选miRNAs（Osa-miR396和Osa-miR444）。结果暗示，组织培养条件下，杂交种通过对上述两类miRNAs的调节，实现对愈伤组织细胞物质代谢和运输过程的调节，进而影响其分化能力。.3. 候选miRNAs的功能验证。利用STTM技术获得水稻miRNAs沉默转基因植株。对T2代转基因愈伤组织分化特性以及组织解剖学分析发现，Osa-miR396的沉默引发水稻愈伤组织显微结构发生变化，并导致愈伤组织丧失分化能力。结果证实，Osa-miR396参与水稻杂交种愈伤组织分化能力超亲现象的调控。.本研究通过对纯系及杂交种水稻的显微结构及miRNAs功能的分析，初步推测杂交种中Osa-miR396特有的表达模式，可能促使其形成利于分化的组织结构，进而呈现出杂交种愈伤组织分化能力超亲的现象。本研究是对杂种优势原理的重要补充。