中美学者PNAS发表植物miRNA研究

在最近一项莴苣和模式植物拟南芥的研究中，加州大学戴维斯分校种子生物技术中心与中国农科院的研究人员首次表明，已知指导种子休眠深度和发芽时间的基因，也影响开花。研究结果发表于3月28日的《PNAS》杂志上。

　　

生物通报道：像大多数一年生植物一样，随着季节变化，莴苣植物的生命分为三个阶段：种子休眠结束，开始发芽；幼小的植物出现和发育；最后是开花的高潮，产生新一代的种子。这是相当可预测的，但是，协调这些变化与环境线索的遗传学机制，并没有得以很好的理解。

在最近一项莴苣和模式植物拟南芥的研究中，加州大学戴维斯分校种子生物技术中心与中国农科院的研究人员首次表明，已知指导种子休眠深度和发芽时间的基因，也影响开花。这项研究进一步表明，这个基因通过影响某些microRNAs的生产，做到了这一点。这些microRNA控制着从植物一个生命周期到另一个生命周期的过渡。

这项研究结果，对于美国每年19亿美元的莴苣作物，有着重要的影响，发表于3月28日的《PNAS》杂志上。中国农科院植物保护研究所的魏守辉博士，也是这项研究的共同作者。

本文共同作者、种子生物技术中心主任、植物科学家Kent Bradford指出：“ DOG1基因是一个环境传感器，可检测环境变化，并使植物不仅能够保持种子休眠，也能够延迟开花。”

Bradford说：“这种基因可能是一种特别有价值的工具，因为气候变化可能会转变我们的生长季节，我们被迫开发某种能够适应这些环境变化的植物。”

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发芽和开花：
每年开花的植物，将其生命周期——尤其是种子发芽和开花，与适当的季节相匹配。如果一种开花植物过早发芽，幼苗就可能出现在适合其生存的、足够温暖的气候之前。

生命周期和环境条件的这种协调，对于栽培作物是同样重要的。如果植物应对早期的高温，整个莴苣作物可能会减产，从而在有市场价值的莴苣产生之前，就已经形成了花和种子。

在这项新的研究中，研究人员发现，抑制莴苣或拟南芥中的DOG1基因，可降低一个microRNA的水平，并增加另一个microRNA的水平。因此，种子在更高的温度发芽，要早于正常的开花时间。

Bradford实验室的博士后研究人员、本文第一作者Heqiang "Alfred" Huo表示：“这提供了发挥作用的分子遗传机制的证据，协调着植物种子休眠和开花性状对环境条件的适应性。”

Huo指出：“我们的研究结果还表明，种子休眠和种子萌发之间的时期，是植物生命周期中一个不同的阶段，这一阶段似乎受到相同microRNA系统的影响，该系统控制着植物的成熟和开花阶段。”

MicroRNA在植物中的作用，已有相关报道，例如，2014年7月，南京农业大学柳李旺教授带领的研究团队，通过高通量测序和降解组分析，对Pb胁迫下的萝卜进行了全基因组水平的miRNA鉴定并探讨了miRNA调控的靶基因（南农大：测序揭示miRNA调控铅胁迫应答）。2014年12月，杭州师范大学沈波教授的团队携手中国水稻研究所庄杰云教授的团队系统研究了miRNAs在水稻叶片衰老过程中发挥的作用，研究成果发表在PLoS ONE上（杭师大：miRNA调控水稻叶片衰老）。2015年12月，华中农业大学张启发院士带领的研究团队，在水稻中鉴定了一个由microRNA和转录因子组成的、控制营养（分蘖）和生殖（稻穗）分枝的调控网络。这一成果发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志上（华中农大张启发院士PNAS发表水稻miRNA研究重要成果）。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
DELAY OF GERMINATION1 (DOG1) regulates both seed dormancy and flowering time through microRNA pathways
Abstract：Seed germination and flowering, two critical developmental transitions in plant life cycles, are coordinately regulated by genetic and environmental factors to match plant establishment and reproduction to seasonal cues. The DELAY OF GERMINATION1 (DOG1) gene is involved in regulating seed dormancy in response to temperature and has also been associated genetically with pleiotropic flowering phenotypes across diverse Arabidopsis thaliana accessions and locations. Here we show that DOG1 can regulate seed dormancy and flowering times in lettuce (Lactuca sativa, Ls) and Arabidopsis through an influence on levels of microRNAs (miRNAs) miR156 and miR172. In lettuce, suppression of LsDOG1 expression enabled seed germination at high temperature and promoted early flowering in association with reduced miR156 and increased miR172 levels. In Arabidopsis, higher miR156 levels resulting from overexpression of the MIR156 gene enhanced seed dormancy and delayed flowering. These phenotypic effects, as well as conversion of MIR156 transcripts to miR156, were compromised in DOG1 loss-of-function mutant plants, especially in seeds. Overexpression of MIR172 reduced seed dormancy and promoted early flowering in Arabidopsis, and the effect on flowering required functional DOG1. Transcript levels of several genes associated with miRNA processing were consistently lower in dry seeds of Arabidopsis and lettuce when DOG1 was mutated or its expression was reduced; in contrast, transcript levels of these genes were elevated in a DOG1 gain-of-function mutant. Our results reveal a previously unknown linkage between two critical developmental phase transitions in the plant life cycle through a DOG1–miR156–miR172 interaction.