水稻驯化相关miRNA基因的鉴定、分子进化与功能研究

亚洲栽培稻的起源与驯化问题一直是进化生物学和水稻科学界高度关注的科学问题，已成为目前国际进化基因组学研究的热点。发现与研究水稻驯化相关基因与调控性miRNAs是揭示水稻驯化过程和机制的重要前提。目前只有少量水稻驯化相关基因被发现，而很少见到驯化相关miRNAs的研究报道。项目紧扣miRNA与水稻驯化这一研究热点，以48个亚洲栽培稻/野生稻基因型为材料，拟采用生物信息学、分子生物学和群体遗传学等多学科理论与技术，在全基因组水平上大规模发现和鉴定水稻中与驯化相关的miRNA基因位点，研究其分子进化机制和作用靶基因网络，并对其进行转基因功能验证。项目采用科学合理的研究思路和方法，从miRNA水平这个新角度来揭示水稻驯化的内在分子机理，并可为水稻分子育种提供新的靶基因和miRNA分子，这对于在深层次上探讨栽培稻驯化的机制和起源及优异野生稻新基因(蛋白编码基因和miRNAs)的发掘利用具有重要意义。

亚洲栽培稻的起源与驯化一直是水稻科学界和进化基因组学的研究热点。近来，大量研究发现，驯化可能影响到整个水稻基因组，但目前仅有少量驯化相关基因（含蛋白编码基因和调控性MIRNA基因）被鉴定。本项目以水稻基因组重测序SNP数据及前体MIRNA序列为研究对象，采用群体遗传学、进化生物学、生物信息学和分子生物学等多学科理论、技术与方法，首次在全基因组水平上对水稻中与驯化相关的MIRNA基因（DR-MIRNA）进行了大规模鉴定与分析。结果表明，水稻591个前体MIRNA中，364个含有SNPs。这些SNP可导致232和99个MIRNA的二级结构变得不稳定或更加稳定，并使其靶基因谱发生显著改变；190个MIRNA基因在栽培稻中呈现非中性进化模式，其中29个位点具有明显正向选择信号，表明它们在进化过程中应受到很强自然/人工选择压力；有趣的是，部分MIRNA与其特定的靶基因可能会共同成为人工选择的靶标位点；29个DR-MIRNA候选基因中，有18和11个分别位于基因间隔区和内含子，其中5个位于由全基因组复制产生的染色体片段区域内；DR-MIRNAs的靶基因富有“结合”和“催化活性”作用，主要参与到细胞过程和代谢等生物过程；获得了3个DR-MIRNAs（MIR821b、MIR821c和MIR1436）及其靶基因（LOC_Os12g16350.1、LOC_Os03g63370.1和LOC_Os12g16350.13）的过表达转基因植株，并对pre-MIR821b的3个SNP位点分别进行了定点突变。在上述研究结果的基础上，我们进一步明确了，MIRNA基因与蛋白编码基因一样，它们应在水稻驯化过程中发挥着重要的推动作用。这项工作的完成，不仅为水稻品种改良或分子育种提供了重要的靶基因资源和理论依据，而且加深了我们在基因组水平上对MIRNA及其靶基因与水稻驯化的关系，这对于进一步深入揭示亚洲栽培稻的驯化过程和机制具有重要意义。本项工作历时三年，共发表SCI论文4篇，正投稿SCI论文1篇，在着手准备SCI论文2篇；获浙江省自然科学学术奖三等奖1项；培养硕士生2人，本科生2人；指导校级大学生科研创新项目2个，按预期完成了既定工作目标。