近日，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院黃玉碧教授課題組聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所李新海課題組，通過收集玉米胚乳發(fā)育多個時期的轉(zhuǎn)錄組，小RNA組和DNA甲基化組數(shù)據(jù)，建立了淀粉合成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖譜。其研究結(jié)果以《microRNAs和DNA甲基化協(xié)同調(diào)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(fā)表在生物大類一區(qū)top期刊《Plant Journal》（植物雜志，影響因子：6.141）上。農(nóng)學(xué)院生態(tài)農(nóng)業(yè)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(chǎn)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(chǎn)量和品質(zhì)密切相關(guān)。籽粒中淀粉的合成是在一系列酶協(xié)同催化下形成的。目前對于淀粉合成相關(guān)酶基因表達(dá)調(diào)控的報道，主要限于一些轉(zhuǎn)錄因子對淀粉合成關(guān)鍵酶基因表達(dá)的調(diào)控，缺乏細(xì)胞發(fā)育過程中整體的分子協(xié)同調(diào)控網(wǎng)絡(luò)通絡(luò)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(tài)，選擇淀粉積累過程中的關(guān)鍵節(jié)點胚乳材料，進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組、miRNA組和DNA甲基化組的動態(tài)變化分析，構(gòu)建了DNA甲基化（DNA methylation）、miRNA、轉(zhuǎn)錄因子（TF）協(xié)同調(diào)控玉米胚乳淀粉合成關(guān)鍵酶基因（SSG）表達(dá)的網(wǎng)絡(luò)圖。胚乳細(xì)胞瞬時表達(dá)系統(tǒng)和酵母單雜交證明，網(wǎng)絡(luò)調(diào)控圖中的ZmMYB138和ZmMYB115 影響了淀粉合成相關(guān)基因 Du1/Wx 和Ae1/Bt2 在其各自啟動子區(qū)域的轉(zhuǎn)錄活性，并能與部分啟動子區(qū)域直接結(jié)合。同時，兩個TF的轉(zhuǎn)錄本在轉(zhuǎn)錄后水平上受到 Zma-miR159k-3p的負(fù)調(diào)控。整體而言，調(diào)控系統(tǒng)中TF和DNA甲基化均能直接調(diào)控SSG的表達(dá)，而miRNA則通過轉(zhuǎn)錄后調(diào)控TF的表達(dá)間接參與胚乳淀粉的合成。除TF外，SSG和miRNA的表達(dá)也均受DNA甲基化狀態(tài)的調(diào)節(jié)。該研究結(jié)果揭示了miRNA和DNA甲基化在淀粉合成中的重要調(diào)節(jié)作用，且DNA甲基化是主要的調(diào)控開關(guān)。
該研究得到了國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金的資助。
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