miR172调控植物生长发育及逆境胁迫的研究进展

microRNA(miRNA)是一类内源性非编码小RNA,在植物整个生长发育过程中都起着重要作用,是基因表达的重要调控因子,而microRNA172(miR172)是众多miRNA家族中的重要的一员。为了更直观的认识miR172在植物中所发挥的作用,笔者归纳和总结了miR172在调控植物生长发育过程和响应逆境的研究进展,具体分析了miR172在植物营养生长阶段转变、开花、花器官发育、节间长度、植物商品器官发育以及逆境胁迫响应等诸多过程中发挥的作用。笔者认为miR172在植物中仍有很多未知的功能尚未发掘,因此未来深入挖掘和研究miR172在植物生长过程中更多的作用是一个重要的研究方向,在此基础上深入解析miR172在此过程中的功能、分子调控机制,为人为利用miR172调控植物生长发育奠定理论基础。     

盐、干旱胁迫下水稻相关miRNA的鉴定及表达分析

为鉴定水稻盐和干旱胁迫下相关miRNA及其响应规律,以三叶一心水稻幼苗为材料,采用实时定量PCR的方法研究了盐(Na Cl)和干旱胁迫(PEG)0,3,6,12,24,48 h后10个miRNA及其靶基因的响应。结果表明,miRNA在盐和干旱胁迫下均存在时序性和组织特异性表达。盐胁迫处理下随处理时间的增加,miR156、miR164、miR167、miR169、miR171在根部的表达量呈上调趋势,miR159、miR160、miR319、miR398、miR1848在处理后3 h呈下调趋势,而后呈上调趋势;且在处理后3 h或6 h时所有miRNA均在地上部的表达量均最低。干旱胁迫处理后,根部miRNA随处理时间的增加基本表现为下降趋势;地上部随处理时间的延长,miR156、miR159、miR160、miR171的表达量呈先下降后维持在较低水平,而miR164、miR167、miR169、miR319、miR398、miR1848的表达量呈下调的趋势。miRNA靶基因的表达也存在明显的组织特异性和时序性,且仅少数miRNA与其靶基因的表达量呈负相关关系,证明miRNA通过调节其靶基因参与植物逆境响应及其调控网络的复杂性。     

苹果MicroRNA的茎环RT-PCR检测及离体试管苗与田间苗表达差异

MicroRNA(miRNA)在植物的生长发育过程中起着重要作用。以改进CTAB法提取的总RNA为模板,通过设计茎环反转录引物,利用定性RT-PCR技术从寒富苹果幼嫩叶片、成熟叶片、嫩茎、幼果和根等不同器官中均检测到miRNA,并从寒富苹果叶片中克隆分离出14种miRNA。在此基础上利用半定量RT-PCR技术对寒富苹果离体试管苗与田间苗中10种miRNA的表达差异进行分析,结果发现,miR156和miR157在离体试管苗叶片中表达量明显高于田间苗幼叶。本研究建立了苹果miRNA的茎环RT-PCR检测体系,为研究miRNA在苹果植株生长发育过程中的作用奠定了基础。     

黄瓜CsamiR156a及其靶基因CsSPLs的生物信息学分析

miR156是植物中广泛存在的一类miRNA,在逆境胁迫和植物生长发育过程中发挥了重要作用.为了深入研究CsamiR156a在黄瓜果实膨大中的功能,本研究采用生物信息学方法对CsamiR156a及其靶基因CsSPLs(SQUAMOSA promoter-binding protein-like)进行分析.结果表明,Cs...     

中国科学院揭示两个miRNA拮抗调节植物生长发育新机制

<正>中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所陈晓亚研究组揭示了miR171与miR156的靶蛋白通过相互作用控制植物生长发育,这对全面认识植物中这两类保守miRNA的功能具有重要意义。     

香蕉冷胁迫相关microRNA差异表达分析

研究香蕉miRNA在冷胁迫处理下的动态表达,初步探索miRNA在香蕉冷胁迫过程中的可能作用。利用茎环引物实时荧光RT-PCR (stem-loop qRT-PCR)策略,检测冷胁迫响应miRNA在5℃冷胁迫处理不同时间点香蕉幼苗叶片中的表达模式。结果表明,在检测的15个香蕉miRNAs中,不同的miRNA 在同一冷胁迫时间下的表达量存在很大差异。根据其表达模式,可将15个miRNA分成4组。组1 和组2中的12个miRNA (miR159e, miR159f, miR160-3p, miR397a, miR399j, miR164e, miR444a, miR408, miR5179, miR530, miR535和miR5538),在5&;#176;C冷胁迫处理下表达量总体为上调,其在胁迫过程中的平均表达水平高于对照CK (0 h) ,说明冷胁迫诱导此类miRNA的表达。第3组包括miR156l、miR162a和miR166a,其在5℃冷胁迫处理各时间点的表达量均低于对照,为下调表达,说明冷胁迫抑制此类miRNA的表达。第4组仅含一个miRNA,即miR156a,除在冷胁迫处理12 h表达量明显上调外,其余时间点均下调表达。对这些miRNAs 作用的靶基因进行预测和分析发现,它们主要参与植物的新陈代谢、信号传导和生长发育过程等。这为进一步验证与低温胁迫相关的目的miRNA 的功能提供理论依据。     

陆地棉种子发育过程中 microRNA 的挖掘与功能研 究简

 microRNAs (miRNAs)广泛参与调控植物的生长和发育,但这类分子是否对棉花胚珠和纤维的生长发育起到重要的作用,还有待验证。对这些小分子的认识,一般先要从序列信息的获得上开始。应用基因芯片对TM-1 +5 DPA （开花后5 d）胚珠总RNA进行了miRNA 的筛选研究。结果显示,含有352 个探针的芯片成功钓取到199 个陆地棉miRNA,其中绝大多数为首次报道。此外,对miR399 研究发现,它与纤维中磷的含量变化相关; miR169 可能与干旱应激反应有关。     

MicroRNA参与植物花发育调控的研究进展

摘 要：MicroRNA(miRNA)是一类20到24nt的非编码小RNA,通过与靶mRNA序列的互补配对产生特异性,抑制了mRNA的表达或使其降解,从而调控靶基因的表达。本文主要综述了三类调控开花时间的miRNA家族成员：miR172,miR159 / miR319和miR156。其中,miR156主要调控植物生长周期转变;miR172通过调控AP2类基因,控制开花时间和花器官的形成;miR159和miR319的过量表达均会引起一些花发育障碍,如花期延迟。此外,还介绍了其它一些与花发育相关的miRNA,并对miRNA在花形成和发育中的研究方向进行了展望。     

陆地棉种子发育过程中microRNA的挖掘与功能研究

microRNAs(miRNAs)广泛参与调控植物的生长和发育,但这类分子是否对棉花胚珠和纤维的生长发育起到重要的作用,还有待验证。对这些小分子的认识,一般先要从序列信息的获得上开始。应用基因芯片对TM-1+5 DPA(开花后5 d)胚珠总RNA进行了miRNA的筛选研究。结果显示,含有352个探针的芯片成功钓取到199个陆地棉miRNA,其中绝大多数为首次报道。此外,对miR399研究发现,它与纤维中磷的含量变化相关;miR169可能与干旱应激反应有关。     

杨树响应细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因预测及分析

欧美杨细菌性溃疡病是由Lonsdalea quercina subsp. Populi引起的枝干病害,给杨树的生长和生存带来极大危害。miRNA是植物响应逆境胁迫的重要调控分子,为鉴定杨树中响应欧美杨细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因,以期为林木抗病分子育种提供新的候选基因,本研究以miRBase数据库中杨树全部miRNA成熟序列为探针,对‘中林46’杨接种细菌性溃疡病后的差异表达基因进行了miRNA的靶基因预测。共筛选出杨树127个miRNA家族的276个miRNA对应的566个靶基因,涉及植物病原互作、植物激素信号传导和苯丙素生物合成等多个途径,表明miRNA参与了杨树对细菌性溃疡病菌侵染的响应。结合靶基因的GO分析、KEGG通路富集和基因功能注释,发现miR482、miR6459、miR7812、miR7835和miR396等通过靶定RPS2、NBS-LRR、AUX1、CCR、Ca2+跨膜运输蛋白编码基因,参与调控杨树对病菌侵染的响应。miR7835靶定的9个差异表达基因中有6个基因均编码苯丙素生物合成途径通路中的CCR酶,推测其可能影响杨树木质素合成,进而参与杨树对病菌侵染的防御反应。本研究发现的miRNA:mRNA调控基因对,丰富了林木抗病分子育种的基因资源,为林木抗病分子调控机制的研究提供了新的线索。     

CRISPR/Cas9介导靶向敲除拟南芥REVOLUTA基因突变体的鉴定

CRISPR/Cas9系统可对植物的内源基因进行定点编辑,为获得基因缺失突变体提供了新的工具。HD-ZipⅢ家族成员REVOLUTA(REV)是植物发育过程中的关键转录因子。本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对拟南芥REV进行特异性定点编辑,构建REV基因编辑表达载体,并利用农杆菌介导的花序浸染法将其转入拟南芥。经潮霉素抗性平板筛选和PCR扩增及测序鉴定,获得7棵转基因株系。对转基因植株REV基因的测序结果显示,有3株均成功在靶点1处产生编辑,且其中1株在靶点2处也成功编辑。该基因编辑突变体的获得为后续深入研究REV基因在拟南芥形态发育过程中的作用提供了新的遗传材料。     

利用CRISPR/Cas9技术创制大豆高油酸突变系

大豆是重要的油料作物,其种子脂肪酸中油酸含量是评价大豆油脂品质的重要指标之一。本研究设计了分别由AtU3d、AtU3b和AtU6-1启动子驱动、长20 bp的guide RNA (gRNA)靶点以靶向编辑GmFAD2-1A基因的外显子区,首先将这3个靶点一起组装到pYLCRISPR/Cas9-DB载体上,然后利用农杆菌介导的方法转化大豆材料华夏3号。通过PCR技术及测序分析对T1代转基因大豆植株靶点编辑情况进行检测,获得纯合GmFAD2-1A大豆突变体。GmFAD2-1A突变大豆植株在株高、主茎节数、单枝分枝数、叶形、花色、种皮色、种脐色、生育期等方面与对照大豆植株没有显著差异;而GmFAD2-1A突变体大豆种子油酸含量显著高于对照大豆品种华夏3号,说明GmFAD2-1A是油酸代谢过程中的关键基因。本研究利用CRISPR/Cas9技术成功对控制大豆油酸基因GmFAD2-1A进行编辑,获得稳定的纯合GmFAD2-1A大豆突变体材料,为高油酸育种提供了新的种质资源并创建了方法。     

稻瘟病新抗性基因Pi39候选基因CRISPR/Cas9敲除载体的构建

Pi39是位于水稻第12染色体上的稻瘟病新抗性基因,为了明确其功能,本研究利用CRISPR/Cas9系统构建候选基因的敲除载体。通过对候选基因序列分析,将合成的靶位点序列插入入门载体pENTR-sgRNA,再与表达载体Cas9发生重组。本研究首先在候选基因的第一个外显子区域找到了2个带有PAM序列的靶位点,将2个目的小片段依次克隆到pENTR-sgRNA载体上。通过菌落PCR检测及测序,结果表明目的小片段插入位置正确。将入门载体与表达载体进行重组反应后,阳性克隆经菌落PCR和质粒DNA酶切鉴定并测序,结果表明重组载体构建成功。本研究利用CRISPR/Cas9系统构建敲除载体操作简单,耗时短,为进一步开展Pi39候选基因的功能研究奠定了基础。     

CRISPR/Cas9介导的拟南芥TT1基因的敲除

在菜油品质上黄籽相较于褐籽更为优良,且更易于合成高质量的生物柴油。已有研究表明TT1(TRANSPARENT TESTA 1)基因是类黄酮代谢途径中的关键基因,为了通过CRISPR/Cas9基因编辑载体验证TT1基因在白菜型油菜中的功能,本研究先在拟南芥中进行了TT1基因的编辑。构建了CRISPR/Cas9 TT1基因编辑载体,通过农杆菌介导侵染拟南芥花序的遗传转化方式将编辑载体引入拟南芥Columbia生态型,通过表型观察发现T1代12株阳性苗中产生了11株表型株,其中1株表现为褐籽,2株表现为黄籽,9株表现为黄籽和褐籽的嵌合。测序检测分析其突变型结果发现,TT1靶位点处有单碱基缺失、单碱基插入、多个碱基缺失、碱基缺失后插入以及两个靶位点之间多个碱基缺失的多种突变类型。T2代获得一株纯合突变体,TT1两个靶位点之间产生79 bp的碱基缺失,且全株表现为黄籽。本研究为CRISPR/Cas9载体在白菜型油菜中TT1基因功能验证提供借鉴,并为其它作物TT1同源基因的功能验证提供了新的突变体材料。     

基于CRISPR/Cas9技术的水稻千粒重基因tgw6突变体的创建

利用CRISPR/Cas9技术对调控水稻产量千粒重基因TGW6定点编辑,获得了一套有重要育种价值的tgw6突变体。设计了分别由U3、U6a和U6b启动子驱动、长20 bp的guide RNA (gRNA)靶点以靶向编辑TGW6基因的外显子,首先将这3个靶点一起组装到pYLCRISPR/Cas9-MT(I)载体上,然后利用农杆菌介导侵染水稻材料H447 (R819/玉针香//R819的BC₃F₆);提取T₀代转基因植株的基因组DNA并对编辑位点附近的DNA片段进行PCR检测及测序分析。结果表明,T₀代材料中tgw6的突变频率高达90%,其中纯合缺失突变率约占51%。对T₁代纯合缺失突变体的千粒重性状的调查分析结果表明,部分tgw6的缺失突变能显著提高千粒重(大于5%)。不同类型tgw6突变体的成功创建不仅丰富了tgw6的变异类型,为水稻的高产稳产奠定了重要的材料基础,还证实了CRISPR/Cas9技术在水稻基因工程育种中高效、易操作的特点,具有重要的理论与实践意义。     

利用基因编辑技术改良水稻直链淀粉含量与香味

直链淀粉含量是稻米品质的理化指标之一,理想的稻米直链淀粉含量是13%~18%,有香味的稻米特别受消费者欢迎。本研究利用CRISPR/Cas9系统对Wx、Badh2(fgr)2个基因进行定突变,分别在Wx的5’UTR内含子剪切点和编码区序列(CDS)的第13外显子处设计靶点,Badh2的编码区序列(CDS)的第3和第9外显子处设计靶点,构建2个双靶点CRISPR/Cas9载体,通过遗传转化导入受体‘中早35’中,2个独立的转化事件分别得到14株和13株T0代转化苗,对T0突变情况分析表明,突变频率分别为57.1%,46.2%;对Wx基因编辑后产生的4个无转基因标记的T2代稳定株系进行直链淀粉含量测定,结果分别为12.2%、11.3%、7.4%、4.9%,比未编辑的对照‘中早35’(24.6%)大幅降低;同时对Badh2编辑后产生3个无转基因标记T2代稳定株系进行香气物质2-乙酰-1-吡咯啉(2-AP)含量测定,结果分别为228.16μg/kg,198.31μg/kg,2095.24μg/kg通过口嚼判断这3个株系确实有不同程度的香味,而没有香味的对照‘中早35’为0.000001μg/kg,以上所有株系的农艺性状与对照‘中早35’一致。综合结果表明,利用CRISPR/Cas9系统成功编辑水稻Wx、Badh2基因,获得了稳定遗传、较低直链淀粉含量且带有香味的突变体,为优质稻育种提供了新的种质资源和创建方法。     

Functional Identification of Cotton U3 and U6 Promoters in the CRISPR/Cas9 Genome Editing System

[Objective] The function of U3 and U6 promoters that were cloned from sea-island cotton were identified in order to provide more available U3 and U6 promoters for the construction of cotton CRISPR/Cas9 multi-sites gene editing system. [Method] Two CRISPR/Cas9 gene editing vectors were constructed, in which sgRNA were driven by GbU6-7P and GbU3-2P, respectively, and GGB, a negative regulator in drought tolerance, was used as target gene. The function of the vector were identified in cotton leaf protoplast of Xinhai 16. The core fragment of CRISPR/Cas9 gene editing vector were enriched by Polymerase chain reaction method and were delivered into protoplast through PEG transient transformation. Then genomic DNA were extracted from protoplast. Gene mutations were analyzed using Enzyme digest/Polymerase chain reaction and sequenced. Finaly the mutation efficiencies of the CRISPR/Cas9 system were calculated and the frequency distribution of the mutation in target site were drawn in order to confirm the authenticity of the mutation. [Result] All type of mutation in target loci were base substitution. [Conclusion]Both CRISPR/Cas9 gene editing systems based on GbU3-2P and GbU6-7P promoters could successfully edit the sequence of cotton GGB gene and cause gene mutation.     

基于优化sgRNA系统提高海岛棉CRISPR/Cas9基因组编辑功效的研究

CRISPR/Cas9基因组编辑体系已经在多种作物中被建立,其最大的优势在于能简单高效定向创制突变体。然而,CRISPR/Cas9基因组编辑体系在实际操作过程中经常会出现没有编辑的情况,或者靶向编辑目的基因的同时也会引发不同程度的脱靶效应,这对CRISPR/Cas9基因组编辑技术的运用带来不利影响。本研究基于前期在海岛棉体细胞中建立的CRISPR/Cas9基因组编辑体系,通过对构建Cas9不同密码子优化方式、不同PAM位点个数和不同靶位点数量的编辑载体,来分析比较编辑效率和脱靶效应的差异。结果表明, 2种Cas9密码子不同优化方式的编辑载体产生的编辑效率和脱靶效应无显著差异;优化后的双PAM位点的编辑效率显著高于单PAM位点,且脱靶效率显著较低;大部分双靶序列编辑效率均高于单靶序列且脱靶效率较低。上述研究结果为今后优化CRISPR/Cas9介导的海岛棉基因组编辑体系奠定了重要的理论依据。     

Mutation of DEP1 facilitates the improvement of plant architecture in Xian rice (Oryza sativa)

Plant architecture is a complex trait and has a profound impact on crop performance and productivity. We applied the CRISPR/Cas9 system to mutate the DEP1 gene, which has been reported to function as regulator of plant architecture, in elite Xian cultivar ‘Huhan1509’. Sequencing analysis of T₀ transformed plants showed that the CRISPR/Cas9 system was highly efficient in mutagenesis of targeted DEP1 gene, with 30% of the homozygous mutations and 70% of the heterozygous mutations. T₂ homozygous mutants without T-DNA were further examined for the agronomic traits. The DEP1 mutants exhibited an altered plant architecture along with a shorter plant height and grain size and increased spikelets and grain density. Furthermore, phenotypes of raising primary branches and stem diameters were observed in the DEP1 mutants. Our results demonstrate that favourable alleles of the DEP1 gene, developed by CRISPR/Cas9 system, could be used to improve plant architecture in Xian rice.     

一个CRISPR/Cas9-VQR基因编辑系统的构建

CRISPR/Cas9系统是一种广泛应用于细菌、酵母、动物和植物中的基因组定点编辑技术,但该编辑系统的使用范围受PAM (proto-spacer-motif)位点NGG的限制。本研究通过突变Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9)编码氨基酸(1135位的天冬氨酸D突变成缬氨酸V, 1335位的精氨酸R突变为谷胱氨酸Q, 1337位的苏氨酸T突变为精氨酸R,命名该突变子为Cas9-VQR)改造其识别PAM为NGA的位点以扩大其使用范围。并使用玉米Ubi启动子启动Cas9-VQR基因、优化SpCas9的密码子、加入保守的核定位信号序列、增加单子叶植物中保守的3′UTR序列和使用水稻U6启动子启动gRNA来修饰该编辑系统。结果表明Cas9-VQR系统能够识别PAM为NGA的位点,并进行有效的切割。体外酶切活性检测结果表明Cas9-VQR的切割效率为5%～70%。水稻转化检测结果表明Cas9-VQR的切割效率约为27.5%～70.5%,平均切割效率为46.23%。本研究拓宽了CRISPR/Cas9系统在作物中的使用范围,特别是NGA PAM位点较高的作物。