[發(fā)明專利]水稻miR192在增加植物鎘脅迫敏感性中的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110193913.6
• 申請日: 2011-07-12
• 公開（公告）號: CN102250901A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁艷菲;朱誠;劉海麗;王飛娟;江瓊;潘家榮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量學(xué)院
• 主分類號: C12N15/113
• 分類號: C12N15/113;C12N15/82;A01H4/00;A01H5/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功能基因組學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種水稻miR192在增加植物鎘脅迫敏感性中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，我國重金屬(鎘、砷、汞等)引起的土壤污染形勢已相當(dāng)嚴(yán)峻。2006年全國受重金屬污染的耕地約有1.5億畝；全國每年受重金屬污染的糧食達(dá)1200萬噸，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過200億元；在未來的中國農(nóng)產(chǎn)品安全問題中，重金屬污染將取代農(nóng)藥，成為主要的公共衛(wèi)生問題。水稻是世界上最重要的農(nóng)作物，全球一半以上的人口以稻米為主食，我國是世界上第一種稻大國，目前我國稻米中重金屬超標(biāo)現(xiàn)象已引起了國家各部委的高度重視。重金屬一旦進(jìn)入土壤-水稻系統(tǒng)中就很難排除。過量的重金屬在水稻的根、莖、葉以及籽粒中積累，不僅影響水稻的產(chǎn)量和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，并可通過食物鏈進(jìn)入人體，引發(fā)各種疾病，最終危害人體健康。因此，探明水稻對重金屬吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律及重金屬耐性的生理和分子機(jī)理，在輕度重金屬污染的土壤中進(jìn)行農(nóng)作物的安全生產(chǎn)，并利用植物進(jìn)行大規(guī)模污染土壤的修復(fù)，將對保障農(nóng)產(chǎn)品安全和生態(tài)安全，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展意義重大。

植物重金屬毒害是多方面的，其對重金屬的抗性機(jī)制也十分復(fù)雜，包括植物限制重金屬離子吸收，重金屬與體外分泌物結(jié)合，重金屬的外排，根系富集，細(xì)胞壁束縛，跨質(zhì)膜、液泡膜轉(zhuǎn)運(yùn)，抗氧化響應(yīng)等。其中，有機(jī)酸、氨基酸、含氮化合物，植物螯合肽(Phytochelatin，PC)和金屬硫蛋白(MT)等在植物對重金屬的解毒作用中發(fā)揮了重要功能。一些與植物重金屬耐性相關(guān)的基因也得到了鑒定與功能的描述，它們基本為直接參與代謝與生理變化的效應(yīng)基因，通過控制代謝小分子或蛋白的表達(dá)參與抗逆過程。一般認(rèn)為植物的重金屬脅迫應(yīng)答機(jī)理可能是由多基因控制的，植物的重金屬毒害及其耐受性是多種生理過程的綜合反應(yīng)，但迄今為止其中何為關(guān)鍵因子并不清楚。

微RNA(microRNA，或miRNA)是一種新型的調(diào)控基因表達(dá)的小分子RNA，主要在轉(zhuǎn)錄后水平負(fù)調(diào)控靶基因的表達(dá)。植物中miRNA通過調(diào)控其靶基因的表達(dá)，廣泛參與植物的生長發(fā)育、細(xì)胞代謝、器官形態(tài)建成、激素分泌、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、脅迫應(yīng)答等過程。近年來的研究表明，miRNA在植物重金屬脅迫響應(yīng)過程中扮演著重要角色。在豆科的模式植物蒺藜苜蓿中，部分miRNA的表達(dá)可受重金屬鎘、汞、鋁的誘導(dǎo)與調(diào)節(jié)(Zhao，S.Z.，Si，Q.H.，Zhi，M.Y.Bioinformatic?identification?and?expression?analysis?of?new?microRNAs?from?Medicago?truncatula.Biochem.Biophys.Res.Commun，2008，374：538-542.)。在甘藍(lán)型油菜中，miR156、miR171、miR393以及miR396a的表達(dá)受到鎘的抑制(Xie，F(xiàn).L.，Huang，S.Q.，Guo，K.，Xiang，A.L.，Zhu，Y.Y.，Nie，L.，Yang，Z.M.Computational?identification?of?novel?microRNAs?and?targets?in?Brassica?napus.FEBS?Lett，2007，581：1464-1474.)。Huang等(2009)構(gòu)建鎘脅迫下水稻幼苗的small?RNA文庫，克隆了19個新的miRNA，并發(fā)現(xiàn)其中多數(shù)miRNA在鎘脅迫下表達(dá)發(fā)生變化。水稻幼苗根中miR604在鎘處理下表達(dá)下調(diào)，其靶基因脂轉(zhuǎn)移蛋白表達(dá)上升。而脂轉(zhuǎn)移蛋白參與植物多種抗逆性反應(yīng)并介導(dǎo)植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等過程(Huang，S.Q.，Peng，J.，Qiu，C.X.，Yang，Z.M.Heavy?metal-regulated?new?microRNAs?from?rice.J.Inorg.Biochem，2009，103：282e287.)。Kong等(2010)在擬南芥中克隆得到8個與缺鐵脅迫相關(guān)的miRNA，它們在缺鐵條件下均表達(dá)上調(diào)，并且其中5個MIRNA基因上游的啟動子區(qū)經(jīng)預(yù)測存在缺鐵誘導(dǎo)表達(dá)調(diào)控元件(IDE1/IDE2)(Kong，W.，Yang，Z.M.Identification?of?iron-deficiency?responsive?microRNA?genes?and?cis-elements?in?Arabidopsis.Plant?Physiol.Biochem，2010，48：153e159.)。Sunkar等(2006)研究發(fā)現(xiàn)miR398在擬南芥抵抗強(qiáng)光、重金屬Cu、Fe等氧化脅迫中發(fā)揮作用：在氧化脅迫條件下，miR398的表達(dá)量被誘導(dǎo)降低，miR398調(diào)控的Cu/Zn超氧化物歧化酶(CSDs)mRNA的表達(dá)量升高，Cu/Zn超氧化物歧化酶可快速地將超氧化物轉(zhuǎn)變成過氧化物和分子氧，組成了抵抗高毒性超氧化物的第一道防線，導(dǎo)致擬南芥對重金屬脅迫的耐受性也大大增加(Sunkar，R.，Kapoor，A.，Zhu，J.K.Posttranscriptional?induction?of?two?Cu/Zn?superoxide?dismutase?genes?in?Arab?idopsis?is?mediated?by?downregulation?of?miR398?and?important?for?oxidative?stress?tolerance.Plant?Cell，2006，18：2051-2065.)。因此，深入研究植物miRNA在重金屬脅迫應(yīng)答中的功能及其作用機(jī)制，將有助于闡明植物對重金屬吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律及其生理和分子機(jī)理，也可為通過小分子RNA的遺傳操作改良作物的抗逆性，培育優(yōu)良重金屬可食部分低積累型或者優(yōu)良重金屬超積累型植物，為土壤重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)提供材料。