玉米miR390a/b在雌穗发育及穗部性状杂种优势形成中的分子调控机理

Under the financial of National Science Foundation for Yong Scholars of China (31000714), we have deep sequenced the developing ears of maize to establish the miRNAs dependent molecular regulating networks of ear developing and heterosis. One of the miRNAs, zma-miR390a/b,was picked up since it was proved to be a distinguished up-stream regulating factor. For detail, miR390a/b was down expressed in the row number reduced Single Segment Substitution Line compared to its recurrent parent, thus to be a regulating factor associated with kernel row number character; and miR390a/b was dominatly or over-dominantly expressed in the hybred developing ears compared to its parental lines, thus to be a heterosis factor. In the following study, STTM and over-expression of miR390a/b was to be processed, followed by gene transplanting, hybreding and transcriptomic deep sequencing of coding and non-coding transcripts. The main purpose of this study was to discover miR390a/b dependent ear development and heterosis molecular networks.

在青年基金的资助下，课题组已系统剖析了玉米雌穗发育过程、穗行数性状及产量性状杂种优势相关的miRNA分子调控网络。发现zma-miR390a/b在穗行数减少的单片段代换系中较其轮回亲本显著下调，并在雌穗发育的早期和中期的杂交种中表现为显著性正向显性效应，而在雌穗发育的晚期表现为显著性正向超显性效应。认为zma-390a/b是在雌穗发育过程中及产量性状杂种优势形成中起到关键作用的上游基因调控因子。本研究拟通过对miR390a/b构建STTM敲除载体和超表达载体，进行基因转化和杂交，获得转基因阳性的亲本自交系及杂交F1代。对这些转基因阳性T1材料及相应的对照材料雌穗样品进行转录组和non-coding RNA组学测序并验证，获得miR390a/b指导的玉米雌穗发育及穗部性状杂种优势分子调控网络，揭示miR390a/b在玉米雌穗发育及穗部性状杂种优势形成中的调控作用。

本研究以zma-miR390a/b为研究切入点，构建了miR390a/b的STTM载体和超表达载体，并进行了遗传转化，转化受体为玉米自交系郑58。对转基因阳性植株进行田间表型鉴定，发现不同的STTM390a/b阳性转化事件的T2代植株大多表现出多雌穗的表现型。对多雌穗共生的果柄部位取样测序并整合全基因组miRNA测序，降解组测序和转录组测序数据，构建了由miR390a/b主导的玉米雌穗发育基因表达调控网络。提出miR390a/b通过抑制其直接结合的靶基因TAS3，和/或通过miR167和miR160间接影响到ARF转录因子编码基因的表达，进而改变雌穗发育过程中对植物激素的响应，尤其是对生长素的响应水平，从而参与雌穗发育。在获得STTM390阳性转化事件具有多雌穗表型的基础上，将STTM390阳性植株（郑58背景）与玉米自交系昌7-2杂交，获得杂交一代（F1），并与正常（非转基因的对照）自交系郑58与昌7-2的杂交一代（郑单958）进行雌穗表型的比较，发现转基因阳性杂交一代表现出较对照杂交种雌穗分生组织生长更为旺盛的表型。结合杂交一代雌穗样品的Lnc-RNA测序和转录组测序数据构建了miR390a/b参与的穗部性状杂种优势形成基因表达调控网络。筛选到5个Lnc-RNA及其反式调控的转录因子编码基因，是介导miR390a/b参与的穗部性状杂种优势形成调控网络中的关键上游调控因子。. 在项目资助下，发表SCI论文4篇（第一标注）和国家级核心期刊论文1篇（第一标注）；培养研究生共计4人，其中，博士研究生2人，硕士研究生2人。