四川农大黄玉碧课题组/中国农科院李新海课题组联合构建玉米淀粉合成机制调控网络图学术资讯

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淀粉是植物光合作用的最终产物，是作物籽粒的主要组成成分，灌浆期作物籽粒淀粉的合成与积累与籽粒产量和品质密切相关。籽粒中淀粉的合成是在一系列酶协同催化下形成的。目前对于淀粉合成相关酶基因表达调控的报道，主要限于一些转录因子对淀粉合成关键酶基因表达的调控，缺乏细胞发育过程中整体的分子协同调控网络通络的报道。

近日，四川农业大学黄玉碧课题组联合中国农业科学院李新海课题组在The Plant Journal发表了题为Coordinated regulation of starch synthesis in maize endosperm by microRNAs and DNA methylation的研究论文。该研究以玉米骨干自交系Mo17为材料，通过测定灌浆过程中胚乳淀粉积累动态，选择淀粉积累过程中的关键节点胚乳材料，进行了转录组、miRNA组和DNA甲基化组的动态变化分析，构建了DNA甲基化（DNA methylation）、miRNA、转录因子（TF）协同调控玉米胚乳淀粉合成关键酶基因（SSG）表达的网络图。

该研究首先通过胚乳淀粉积累动态测定，选择了胚乳淀粉积累前期、积累中期和后期关键节点的10个材料进行了RNA-seq，发现了在玉米胚乳中表达的SSG基因共有49个，TF基因共有1360个，然后通过淀粉积累过程中SSGs 和TFs的 WGCNA（weighted gene co-expression network analysis）分析，建立了522个TF与47个SSG基因表达的相关性，并从中选择了两个代表性转录因子MYB138和MYB115，对其调控淀粉合成关键酶启动子活性及其与启动子的结合特性进行了实验验证。对10个样本的miRNA组进行了分析发现，246个miRNA在这些组织中表达，靶基因预测发现其中227个miRNA对应了495个靶基因。然而，在这些靶基因中没有发现SSG基因。通过miRNA与靶基因表达相关性筛选后，发现接近40%靶基因为TF，其中包括miR159的靶基因MYB138和MYB115，还通过实验验证了miR159调控MYB138和MYB115的表达。这些结果说明miRNA不能直接调控玉米胚乳淀粉合成基因表达，主要是通过调控TF的表达间接参与胚乳淀粉的合成。最后对10个材料的DNA甲基化组动态变化进行了分析，发现SSG和miRNA的表达量与基因启动子区域甲基化程度密切负相关，而TF的表达量与启动子区域甲基化程度相关性不高。

The coordinated regulatory network of starch biosynthesis in maize endosperm

综上所述，该研究认为在玉米胚乳发育过程中DNA去甲基化直接调控了miRNA和SSG基因的表达，miRNA又通过调控TF间接参与了SSG基因的表达调控。

四川农业大学胡育峰副教授和李炀平博士为论文的共同第一作者，黄玉碧教授、张军杰教授和中国农业科学院生物技术研究所李新海研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基因的资助。

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