玉米ZmAGO18b特异性结合的小RNA及生物学功能研究

Small RNAs play important roles in plant growth. Argonaute (AGO) protein is one of the essential components for small RNA mediated gene expression and regulation pathways. Our previous work founded that ZmAGO18b regulate plant height, tassel length and tassel florets pairs traits in maize based on the study of mutant and RNAi. In this project, we’ll assay the biological function of ZmAGO18b through genetic analysis of the ZmAGO18b::Mu and RNAi progenies. Moreover, an RIP-seq and/or CLIP-seq technique will be used to uncover ZmAGO18b specifically bound small RNAs and target genes that will be respectively validated by Northern blot, stem-loop PCR, RLM-RACE and Real-time PCR. Furthermore, gene expression difference will be revealed by RNA-seq. Together all of these results, we try to link ZmAGO18b, small RNAs, target genes and phenotype, and to elucidate the biological function and the mechanism of ZmAGO18b, then to accumulate useful information on mechanism of AGO-sRNA silencing complex function during plant development and growth.

小RNA在植物的生长发育调控中发挥重要作用，Argonaute蛋白是小RNA介导的基因表达调控途径中的重要因子。本项目组前期基于突变体和RNAi的研究发现，ZmAGO18b可能参与玉米株高、雄穗长度和雄穗小花对数等性状的调控。本项目拟在前期研究的基础上，深入开展突变体和转基因后代的遗传分析，解析ZmAGO18b的生物学功能。同时，通过RIP-seq和CLIP-seq、RIP结合Northern 杂交或stem-loop PCR鉴定和证实ZmAGO18b特异性结合的小RNA；通过突变体与野生型的转录组比较分析，鉴定ZmAGO18b的调控途径、发掘小RNA的靶基因，RLM-RACE和QPCR验证靶基因。通过以上研究，以期建立ZmAGO18b-小RNA-靶基因-生物学性状间的联系，阐明ZmAGO18b的生物学功能和作用机理，为揭示AGO-sRNA沉默复合体在玉米生长发育中的作用机理积累有益资料。

花序形态建成是开花植物独具的特征。Small RNA 在转录及转录后水平参与花序发育进程。Argonaute（AGO）蛋白作为 sRNA 介导的沉默复合体的重要核心组成部分，也参与复杂的生物学过程。ZmAGO18b 是禾本科植物所特有的一类重要的 AGO 蛋白，在玉米雄穗减数分裂时期的绒毡层及生殖细胞中高度富集。本研究构建了 Mutator 介导的突变体和 RNAi 转基因玉米，表型分析发现ZmAGO18b基因能够提高花序分生组织发育活性的维持能力；通过转录组、small RNAome和RIP-seq多种组学相结合的分析方法，得出ZmAGO18b倾向于结合21-nt sRNA/phasiRNA，并且分析表明ZmAGO18b选择性结合5ʹ-U的21-nt sRNA和5ʹ-A的24-nt sRNA；进一步地，我们发现ZmAGO18b能够特异性结合HD-ZIP III家族的转录因子，这些ZmAGO18b-miR166a作用的HD-ZIP III转录因子在突变体雄穗中高表达，得出AGO18b-miR166a-HD-ZIP III TF 可能负调控玉米雄穗发育。