光信号在植物microRNA转录和加工过程中的调控分子机制研究

Light and microRNAs (miRNAs) are key external and internal signals for plant development respectively. However the relationship between light and miRNA biogenesis remains unknown. In our previous work, we found that miRNA processer DCL1/HYL1 interacts with a basic helix–loop–helix (bHLH) transcription factor phytochrome-interacting factor 4 (PIF4) and CYCLING DOF transcription factor (CDF2). The mutations of PIF4 and CDF2 changed the profiles of miRNAs. CDF2 can bind to pri-miRNAs and affects the binding of DCL1 to pri-miRNAs. In this project, we aim to dissect the regulating mechanism of transcription factors in control of miRNA transcription and processing, and further reveal the role of light in regulating miRNA biogenesis. Implementation of this study will improve our understanding of molecular mechanisms for external and internal signals co-regulating plant growth and development.

光和miRNA是植物生长发育过程中两个重要的外部和内部调节因子，但是对于光调控miRNA合成过程至今未见报道。本项目在前期工作中发现，拟南芥miRNA加工因子DCL1与光信号途径转录因子PIF4和CDF2存在相互作用，PIF4和CDF2缺失突变体改变了miRNA的积累量，同时CDF2能结合pri-miRNA, 并且影响DCL1结合pri-miRNA。本项目拟在此发现的基础上，深入研究转录因子在miRNA转录和加工中的作用机理，进一步揭示光对于miRNA合成的调控机制。本研究将对植物外部环境信号如何整合细胞内部信号协同调控植物生长发育奠定重要的研究基础。

光信号途径和miRNA合成途径是植物重要的外部信号和内部信号途径。本项目揭示了光信号途径的转录因子CDF2和PIF4参与调控miRNA的合成过程。在光调控的miRNA剪切过程中，CDF2 与PIF4一方面作为MIR 基因的转录因子调控MIR基因的转录，另一方面通过影响互作蛋白DCL1来调节miRNA的剪切过程，CDF2和PIF4在转录和剪切两个层面共同调控成熟miRNA的积累量，最终影响成熟miRNA在开花和光形态建成过程中行驶功能。.主要结果如下：.1）酵母双杂交结果验证CDF2与DCL1存在直接的相互作用，高通量测序结果表明CDF2影响miRNA的积累量；qPCR，ChIP-seq等实验证明CDF2调控miRNA基因的转录，因此CDF2一方面影响DCL1对miRNA前体的剪切的积累量，另一方面调控MIR基因的转录，最终影响部分miRNA基因的积累量，进而通过调控这些miRNA来调控植物开花。.2）酵母双杂交结果验证PIF4与DCL1存在直接的相互作用，高通量测序结果表明PIF4影响miRNA的积累量；qPCR，ChIP-seq等实验证明PIF4调控miRNA基因的转录，因此一方面PIF4作为转录因子直接调控MIR基因的转录，另一方面PIF4介导红光对DCL1的降解来调控成熟miRNA的积累量，DCL1在红光到暗的转换过程中积累量增加，进而调控下游的miRNA参与植物的光形态建成过程。.本项目首次揭示了植物外部信号--光信号直接调控植物内部信号途径--miRNA合成途径，并且证明miRNA基因的转录因子在转录和剪切两个层面发挥功能。并且找到了miRNA合成途径复合体的新成员，为进一步研究miRNA合成途径的外部调节作用提供了有力证据和支持。