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改良柳枝稷生物量及品質(zhì)性狀方面取得研究新進展
最近更新時間：2021-3-17
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中國農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院張萬軍副教授課題組題的研究論文。該研究對草類植物特別是C4植物的生物量及品質(zhì)方面的遺傳改良具有重要意義。
提高生物量和品質(zhì)（消化率）是草育種領(lǐng)域的重要研究方向。MicroRNA (miRNA)是一類非編碼小RNA，通過調(diào)節(jié)其靶基因的mRNA豐度，在植物生長發(fā)育中發(fā)揮重要的生物學(xué)功能。研究表明miR396-GRF模塊在控制植物組織或器官的大小方面發(fā)揮重要作用。調(diào)控miR396或其靶基因GRF的表達水平可能是改善植物農(nóng)藝性狀的有效策略，而GRF家族的不同成員間存在功能冗余和一定的特異性。闡明miR396-GRF通路如何調(diào)控C4植物柳枝稷的生物量和品質(zhì)是本研究的主要內(nèi)容。
本研究發(fā)現(xiàn)過表達miR396顯著降低柳枝稷株高及細胞壁G木質(zhì)素單體的含量。并在柳枝稷中鑒定出19個PvGRFs，其中13個受miR396轉(zhuǎn)錄后剪切，PvGRF1、PvGRF3和PvGRF9在莖中顯著高表達。通過分別過表達PvGRF1、3和9基因的miR396靶位點同義突變基因rPvGRF1、3和9，以及過表達PvGRF1/3/9- SRDX來抑制PvGRF1/3/9活性，發(fā)現(xiàn)PvGRF1和PvGRF9在提高植物株高和G木質(zhì)素單體含量方面發(fā)揮主要作用。在miR396過表達植株中過表達PvGRF9可回補過表達miR396植株的缺陷表型。另外，PvGRF9的表達會影響miR396及其它GRF基因的表達，干擾赤霉素和生長素的生物合成、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，細胞壁木質(zhì)素、葡萄糖和木聚糖的生物合成途徑中相關(guān)基因的表達，從而系統(tǒng)性地調(diào)控柳枝稷株高和細胞壁生物合成。通過酶解消化處理，綜合評價轉(zhuǎn)基因材料的生產(chǎn)應(yīng)用價值，發(fā)現(xiàn)過表達rPvGRF9單株植物的糖產(chǎn)量。本研究闡明了miR396-PvGRF9通路在調(diào)控柳枝稷生物量產(chǎn)量和品質(zhì)中的重要作用，為植物生物量和品質(zhì)改良提供了新的分子工具