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            玉米淀粉合成機制調控網絡圖構建取得進展

            糧油2020-11-04 來源:四川農業大學
              近日,四川農業大學農學院黃玉碧教授課題組聯合中國農業科學院生物技術研究所李新海課題組,通過收集玉米胚乳發育多個時期的轉錄組,小RNA組和DNA甲基化組數據,建立了淀粉合成的調控網絡圖譜。其研究結果以《microRNAs和DNA甲基化協同調控玉米胚乳淀粉的合成(Coordinated regulation of starch synthesis in maize endosperm by microRNAs and DNA methylation)》為題,發表在生物大類一區top期刊《Plant Journal》(植物雜志,影響因子:6.141)上。農學院生態農業研究所胡育峰副教授、李煬平博士為共同第一作者,黃玉碧、張軍杰和李新海為共同通訊作者。
              淀粉是植物光合作用的最終產物,是作物籽粒的主要組成成分,灌漿期作物籽粒淀粉的合成與積累與籽粒產量和品質密切相關。籽粒中淀粉的合成是在一系列酶協同催化下形成的。目前對于淀粉合成相關酶基因表達調控的報道,主要限于一些轉錄因子對淀粉合成關鍵酶基因表達的調控,缺乏細胞發育過程中整體的分子協同調控網絡通絡的報道。
             
              該研究以玉米骨干自交系Mo17為材料,通過測定灌漿過程中胚乳淀粉積累動態,選擇淀粉積累過程中的關鍵節點胚乳材料,進行了轉錄組、miRNA組和DNA甲基化組的動態變化分析,構建了DNA甲基化(DNA methylation)、miRNA、轉錄因子(TF)協同調控玉米胚乳淀粉合成關鍵酶基因(SSG)表達的網絡圖。胚乳細胞瞬時表達系統和酵母單雜交證明,網絡調控圖中的ZmMYB138和ZmMYB115 影響了淀粉合成相關基因 Du1/Wx 和Ae1/Bt2 在其各自啟動子區域的轉錄活性,并能與部分啟動子區域直接結合。同時,兩個TF的轉錄本在轉錄后水平上受到 Zma-miR159k-3p的負調控。整體而言,調控系統中TF和DNA甲基化均能直接調控SSG的表達,而miRNA則通過轉錄后調控TF的表達間接參與胚乳淀粉的合成。除TF外,SSG和miRNA的表達也均受DNA甲基化狀態的調節。該研究結果揭示了miRNA和DNA甲基化在淀粉合成中的重要調節作用,且DNA甲基化是主要的調控開關。
             
              該研究得到了國家重點研發計劃和國家自然科學基金的資助。
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