ZmmiR169q在玉米应答盐胁迫中的作用及机制研究

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kf3567
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玉米是全球范围内重要的粮食、饲料和工业原料作物,土壤盐碱化极大地影响了玉米的生长和最终产量,miRNAs是植物生长发育和逆境应答过程的关键调控因子,但miRNAs参与玉米高盐应答的研究还很少。本研究前期鉴定了一个玉米根中对盐胁迫敏感的miR169家族成员ZmmiR169q,初步分析表明,ZmmiR169q参与了调控玉米对盐逆境的应答。在前期基础之上,深入研究了ZmmiR169q调控玉米盐应答的分子机制,主要取得以下结果:1.对pmiR169q:GUS转基因植株进行GUS染色分析,发现在200?mM NaCl处理1 h时,根中ZmmiR169q表达量降到最低,4 h后逐渐升高,表明ZmmiR169q可能是玉米根中的一个盐应答信号。2.ZmmiR169q沉默的转基因玉米株系(MIM169q)对200 mM NaCl表现很强的耐受性,而ZmmiR169q过表达株系(ZmmiR169q OE)则对200 mM NaCl很敏感,表现出极不耐盐的表型,表明ZmmiR169q对玉米植株耐盐性具有负调控作用。3.ZmmiR169q OE株系及WT植株的根部转录组分析表明,ZmmiR169q可能参与高盐诱导产生的氧化胁迫。进一步用1mM H2O2处理玉米野生型B73,qPCR分析表明ZmmiR169q能够对氧化胁迫迅速应答,在处理1 h时快速下调,2 h时丰度降到最低,4 h时开始上升,与盐应答趋势完全一致。经同样处理的pmiR169q:GUS转基因植株,GUS染色也获得相同结果。4.前期证实ZmmiR169可以靶向降解ZmNF-YA14 mRNA,对pmiR169q:GUS和pNF-YA14:GUS转基因植株初生根进行切片和GUS染色分析,发现二者均在根部皮层和内皮层中特异表达;进一步qPCR分析表明ZmmiR169q OE株系中ZmNF-YA14的表达水平则显著下调,说明ZmmiR169q调控了玉米根中Zm NF-YA14的表达。同时盐处理结果显示,ZmNF-YA14 OE比野生型表现出更强的盐耐受性,存活率均显著高于对照,与ZmmiR169q OE株系表现相反,证实了ZmmiR169q是通过调控ZmNF-YA14来参与玉米对高盐胁迫的应答。5.通过DAB和NBT染色分析表明,在正常和盐胁迫条件下,ZmmiR169q OE株系中均积累比对照更多的H2O2和O2-,而ZmNF-YA14 OE中二者的累积均降低。同时检测了盐胁迫下不同株系中MDA的浓度,发现具有高ROS水平的ZmmiR169q OE株系根中积累了比对照更多的MDA,而低ROS水平的ZmNF-YA14 OE根中MDA的浓度则低于对照,说明ZmNF-YA14上调表达能减轻ROS积累对植物细胞造成的损伤。6.测定盐胁迫下不同玉米株系根中抗氧化酶SOD,CAT和POD的活性,结果显示,ZmNF-YA14OE根中三种酶活性均显著高于对照,ZmmiR169q OE则呈相反趋势。表明提高根中ZmNF-YA14的表达水平,会提高植物体内ROS清除酶系的活性,从而清除过量ROS减轻对细胞的损伤。7.ZmNF-YA14 OE和WT根转录组分析表明,ZmNF-YA14 OE中差异表达基因GO分析主要富集于四吡咯结合活性和抗氧化活性相关途径,进一步分析发现了一个在ZmmiR169q OE中显著下调,而ZmNF-YA14 OE中显著上调表达的基因,其编码一个玉米过氧化物酶1蛋白,命名为ZmPER1,qPCR验证了转录组的结果,ZmPER1随ZmNF-YA14 mRNA的积累而增加,说明ZmPER1可能在玉米根中受ZmNF-YA14的正向调控。8.对ZmPER1启动子区域分析,发现了三个典型的CCAAT-boxes,通过酵母单杂交实验表明ZmNF-YA14融合蛋白可以和其中两个CCAAT-boxes特异结合。进一步利用ChIP-qPCR实验也验证了该结果。
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