四川农业大学沈亚欧团队解析phasiRNA介导玉米铅耐受性的分子机制

学术 2024-07-31 23:14 广东

铅是农业生产中主要的重金属污染物之一，环境中过量的铅影响植物生长发育、籽粒产量和品质，并通过食物链威胁人类健康。相位小分子干扰RNA（phasiRNA）是植物体内一类特殊的内源性小RNA，它们调控植物生长发育和对环境胁迫的耐受性。

近日，四川农业大学沈亚欧教授团队在国际期刊Plant Physiology发文，揭示了一个玉米PHAS 位点（ZmTAS3j）衍生的phasiRNA介导玉米铅积累和铅耐受性的分子机制。

该团队构建了305份玉米自交系在铅胁迫下的小分子RNA文库，鉴定出起源于13个PHAS基因的55个高置信度phasiRNA。其中44个phasiRNA的表达丰度在群体水平上与玉米根系中铅积累量高度相关，这些phasiRNA的靶基因主要富集在离子转运和离子输入通路。eGWAS分析进一步揭示，ZmTAS3j受其3’端一个顺式eQTL（eQTL1）调控，影响其表达量并导致玉米群体根系中铅含量变异。进一步利用瞬时表达系统、5’RACE、拟南芥异源表达和玉米过表达等方法，验证了ZmTAS3j受zma-miR390的靶向剪切进而产生tasiARF，tasiARF作用于ZmARF3转录因子，影响其下游靶基因ZmHMA3和ZmSAURs的表达，最终介导玉米根系中铅积累量和铅耐受性。该研究为玉米重金属耐受性的遗传改良提供了新的分子靶点。

图1 ZmTAS3j调控玉米铅积累和铅耐受性的分子模型

图2 在群体水平上鉴定与玉米根系铅积累相关的phasiRNA及其eQTL位点

图3 eQTL1引起的不同单倍型ZmTAS3j的表达水平差异及起源于6个玉米ZmTAS3基因的tasiRNA表达丰度

图4 zma-miR390对ZmTAS3j的靶向剪切和tasiARFs (tasiD5(+) and tasiD6(+))对ZmARF3的靶向剪切

图5 ZmTAS3j过表达玉米株系的耐铅胁迫表型

图6 ZmTAS3j过表达玉米株系的铅积累表型

图7 zma-miR390过表达玉米株系的耐铅胁迫表型

四川农业大学玉米研究所毕业博士（现为四川轻化工大学青年教师）李昭玲为该论文第一作者，四川农业大学玉米研究所/西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室沈亚欧教授为通讯作者。四川农业大学玉米研究所马浪浪副教授、侯凤霞讲师、邹超英讲师、毕业硕士姜丽和王晨、在读博士龙萍和张敏燕、毕业博士（现为绵阳师范学院青年教师）刘鹏、国家重点实验室黄永财教授也为该研究做出了重要贡献。本研究得到十四五国家重点研发计划项目、四川省科技厅青年创新团队项目和面上项目等资助。

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