microRNAs参与乙烯调控李果实花青苷合成的机制

Anthocyanin is an important pigment of red color fruits. To date, the process of ethylene-regulated anthocyanin biosynthesis has been studied in many fruit species, but the detailed regulation mechanism is not clear, and furthermore, the studies of microRNA (miRNA) involved in ethylene-regulated anthocyanin biosynthesis is little known. Therefore, the high-throughput sequencing technology will be firstly applied to analyze the expression profile of miRNA at the critical time point of anthocyanin synthesis, to preliminary screen the candidate miRNA which might be involved in the process of ethylene-regulated anthocyanin synthesis in plum fruit. Then, the expression patterns of candidate-microRNAs and their targeted genes will be studied in different treatments, as well as their relationship with the expression patterns of anthocyanin synthesis-associated genes and anthocyanin content, to determine 1~2 key microRNAs associated with anthocyanin synthesis. At last, the function of the key miRNAs and their targeted genes will be further identified by constructing the genetic transformations, and the molecular mechanism of the key miRNAs involved in ethylene-regulated anthocyanin synthesis of plum friut will be finally established. After the completion of this project, it can deepen our understanding of the molecular mechanism of anthocyanin synthesis, and provides a fundamental theory for the research of new technology which can regulate fruit coloring.

花青苷是红色果实重要的色素物质。目前，乙烯调控花青苷合成的研究已在多个果实材料中被报道，但其系统的调控机制还未明晰，特别是有关microRNA（miRNA）参与乙烯信号调控花青苷生物合成的研究还鲜有报道。为此，我们以李果实为材料，首先借助高通量测序技术分析乙烯及其拮抗剂1-MCP处理后果皮花青苷合成关键时间点的miRNA表达谱，初步筛选参与乙烯调控的花青苷合成过程的miRNA；再通过基因克隆和定量PCR技术分析候选miRNA及其靶基因在各处理样本中的表达模式，以及其与花青苷合成相关基因表达模式和花青苷含量变化的关系，确立1～2个关键miRNA及其靶基因；最后构建miRNA及其靶基因遗传转化体进行功能验证，最终确立参与乙烯调控李果花青苷合成中的关键miRNA及其作用机制。本项目完成后，可深化人们对果实花青苷合成分子机制的认识，为调控果实着色新技术的研发提供一定的理论支持。

花青苷是红色果实重要的色素物质。目前，乙烯调控花青苷合成的研究已在多个果实材料中被报道，但其系统的调控机制还未明晰，特别是有关microRNA（miRNA）参与乙烯信号调控花青苷生物合成的研究还鲜有报道。为此，我们以李果实为材料，首先借助乙烯及其作用的拮抗剂（1-MCP）处理，完成了乙烯信号与李果皮花青苷合成的关系解析，同时确定了花青苷合成关键时间点（处理后0，24，48 h）；然后通过高通量测序手段，完成了李果实采后不同处理关键时间点转录组测序和miRNA表达谱测序工作，获得的76,847个unigene和320个miRNA，以此为基础，完成了miRNA靶基因预测工作，初步筛选到11个可能与李果实花青苷合成过程密切相关的miRNA及其20个靶基因；接着借助定量PCR技术分析了不同处理果实中11个候选miRNA的表达模式，结合转录组测序结果，完成了11个候选miRNA与其20个靶基因表达模式关联性分析，初步确立miR179，miR396g和miR45 等3个miRNA可能参与乙烯信号调控的李果实花青苷合成过程；此外，本项目执行过程中，还分析了11个候选miRNA在李果发育期的表达模式，证实上述11候选miRNA与李果发育成熟密切相关，且可能扮演着不同角色；最后，我们率先构建了2个花青苷合成结构基因DRF和CHS VIGS沉默载体，并完成了遗传转化和沉默效率分析，该工作连续进行了2年，但遗憾的是，VIGS沉默系统在成熟李果实中不能有效工作，致使候选miRNA及其靶基因功能无法验证。本项目可深化人们对果实花青苷合成分子机制的认识，为调控果实着色新技术的研发提供一定的理论支持。