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玉米淀粉合成机制调控网络图构建取得进展
日期:2020-11-17 作者:未知 来源:四川农业大学 点击:
 近日,四川农业大学农学院黄玉碧教授课题组联合中国农业科学院生物技术研究所李新海课题组,通过收集玉米胚乳发育多个时期的转录组,小 RNA 组和 DNA 甲基化组数据,建立了淀粉合成的调控网络图谱。其研究结果以《microRNAs和 DNA 甲基化协同调控玉米胚乳淀粉的合成(Coordinated regulation of starch synthesis in maize endosperm by microRNAs and DNA methylation)》为题,发表在生物大类一区 top 期刊《Plant Journal》(植物杂志,影响因子:6.141)上。农学院生态农业研究所胡育峰副教授、李炀平博士为共同第一作者,黄玉碧、张军杰和李新海为共同通讯作者。
    淀粉是植物光合作用的最终产物,是作物籽粒的主要组成成分,灌浆期作物籽粒淀粉的合成与积累与籽粒产量和品质密切相关。籽粒中淀粉的合成是在一系列酶协同催化下形成的。目前对于淀粉合成相关酶基因表达调控的报道,主要限于一些转录因子对淀粉合成关键酶基因表达的调控,缺乏细胞发育过程中整体的分子协同调控网络通络的报道。
    该研究以玉米骨干自交系 Mo17 为材料,通过测定灌浆过程中胚乳淀粉积累动态,选择淀粉积累过程中的关键节点胚乳材料,进行了转录组、miRNA 组和 DNA 甲基化组的动态变化分析,构建了 DNA 甲基化(DNA methylation)、miRNA、转录因子(TF)协同调控玉米胚乳淀粉合成关键酶基因(SSG)表达的网络图。
    胚乳细胞瞬时表达系统和酵母单杂交证明,网络调控图中的 ZmMYB138 和 ZmMYB115影响了淀粉合成相关基因Du1/Wx和Ae1/Bt2在其各自启动子区域的转录活性,并能与部分启动子区域直接结合。同时,两个TF的转录本在转录后水平上受到Zma-miR159k-3p 的负调控。整体而言,调控系统中TF和DNA甲基化均能直接调控SSG的表达,而miRNA 则通过转录后调控TF的表达间接参与胚乳淀粉的合成。除TF外,SSG和miRNA 的表达也均受DNA甲基化状态的调节。该研究结果揭示了miRNA和DNA甲基化在淀粉合成中的重要调节作用,且DNA甲基化是主要的调控开关。
    该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。
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