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朱玉贤院士团队报道锦葵科特异性小RNA调控棉花胚珠锌离子转运分子机制

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BioArt植物 2021-01-19 14:35

责编 | 奕梵

小RNA是序列上进化保守且长度约为21–25个核苷酸,由Dicer-like酶加工形成,miRNA作为小RNA中的一种类型,在调节植物基因表达中起着关键作用。长期以来,不同棉种中,包括二倍体亚洲棉在内的众多miRNA的功能在很大程度上是未知的。

近日,朱玉贤院士团队在Science China Life Sciences发表了题为A Malvaceae-specific miRNA targeting the newly duplicated GaZIP1L to regulate Zn2+ion transporter capacity in cotton ovules的研究论文。该研究发现一个锦葵科独有的miRN44能够靶向锌离子转运蛋白GaZIP1L,从而介导棉花胚珠对锌离子的转运。

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该研究通过对亚洲棉材料不同时期的胚珠进行小RNA高通量测序,构建了亚洲棉胚珠和纤维的小RNA表达谱。该研究共鉴定出84个miRNA,包括未报道过的46个新颖的和38个保守的miRNA。通过对这84个miRNA的差异表达和靶标基因预测分析,发现它们在胚珠和纤维发育不同时期的表达有明显的偏好性,暗示它们分别参与不同发育时期的基因调控。并且这些miRNA能够靶向215个蛋白质编码基因,且主要富集到26个显著的生物学过程中。跨物种序列比较分析发现,一个新鉴定到的miRNA,命名为gar-miRN44,其前体序列起源于锦葵科中,且能够靶向在亚洲棉ZIP基因家族中新加倍形成的锌离子转运蛋白编码基因GaZIP1L(图1)。

图1 锦葵科特异的gar-miRN44与其靶标序列进化分析

在棉花胚珠发育过程中,gar-miRN44转录水平在开花10到15天(DPA)后急剧下降,而GaZIP1L的水平却显著上升,且伴随着Zn2+离子浓度的增加。分子动力学模拟与离子吸收分析表明,GaZIP1L比原始的GaZIP1基因拷贝具有更强的Zn2+离子结合能力(图2),表明新加倍形成的GaZIP1L可能更适合维持棉花高锌离子迁移的需求,以增强纤维素合酶的活性有利于胚珠的生长。

图2 新加倍产生的GaZIP1L蛋白比GaZIP1具有更强的锌离子结合能力

该研究不仅首次绘制了亚洲棉胚珠和纤维不同发育阶段的miRNA表达谱,而且阐明了gar-miRN44的工作机制,这些发现将有助于了解棉花中miRNA的功能,并为植物育种提供潜在的靶标位点。

武汉大学高等研究院博士研究生温兴鹏为该论文的第一作者,朱玉贤院士为该论文的通讯作者,北京大学生命科学学院黄盖博士后和李晨煜硕士也参与了该研究工作。该项研究得到国家自然科学基金以及全国博士后创新人才支持计划的资助。

http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-020-1868-9

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