贵州大学方中明课题组在小分子RNA调控水稻分蘖上获得进展

小分子RNA（MicroRNA）是一类内源非编码的单链小分子RNA（21~24nt），以序列特异性的方式在转录、转录后和翻译水平上对靶基因表达进行调控，是生物体内基因表达自我调控的一种重要手段。MicroRNA319（miR319）作为最古老的miRNA家族的一员，是拟南芥（Bresso et al., 2018）、菜豆（Martin Rodriguez et al., 2018）、番茄（Shi et al., 2019）、棉花（Cao et al., 2020）和杨树（Hou et al., 2020）等植物器官发育中不可或缺的调节因子，但其在水稻器官发育中的生物学作用还未明确。 

JIPB近日在线发表了贵州大学方中明课题组题为“MiR319-targeted OsTCP21 and OsGAmyb regulate tillering and grain yield in rice” （https://doi.org/10.1111/jipb.13097）的研究论文。该研究发现水稻miR319的前体在分蘖芽伸长的基部表达量较高，其表达量改变能够负调控水稻分蘖芽伸长、分蘖数和单株产量，并进一步通过靶基因OsTCP21和OsGAmyb实现水稻分蘖数和单株产量的调控。

miR319及其靶基因OsTCP21、OsGAmyb调控水稻分蘖芽伸长

方中明课题组通过实时荧光定量PCR实验发现，miR319的前体MIR319a、MIR319b及其成熟分子miR319a/b-3p.2、miR319a-3p、miR319a-5p均在分蘖芽伸长的基部高水平表达。对其前体MIR319a的启动子-GUS植株染色还表明其在分蘖芽伸长的基部表达量较高，石蜡切片分析进一步表明其集中在根横切面的表皮细胞和维管组织，及叶鞘和叶片维管组织的木质部和韧皮部中表达。降低miR319的表达导致了水稻在低氮条件下分蘖芽长度增加、高氮条件下分蘖芽数增加；而增加MIR319a的表达分蘖芽伸长和分蘖芽数减少。进一步还确定了OsTCP21和OsGAmyb是miR319的下游靶基因，OsTCP21和OsGAmyb的过表达导致水稻分蘖芽长度、生物量和分蘖数增加，而OsTCP21和OsGAmyb的敲除则导致水稻分蘖芽长度、生物量和分蘖数减少，由此进一步影响了水稻单株产量。该研究表明了miR319通过靶向OsTCP21和OsGAmyb基因负调控了水稻分蘖和单株产量，揭示了miR319在水稻中的新功能。

方中明课题组近年来在植物营养及其转运基因调控水稻生长发育研究中取得了一系列进展，解析了多个氨基酸转运基因在水稻分蘖上的调控机制（Lu et al., 2018；Wang et al., 2019；Ji et al., 2020；Fang et al., 2021），阐明了硝酸根/寡肽运输基因成员差异调控了水稻分蘖，揭示了不同氮浓度差异调控水稻分蘖芽伸长的分子机制（Wang et al., 2018; Huang et al., 2018；Huang et al., 2019; Wang et al., 2020）。本论文进一步揭示了小分子RNA在水稻分蘖调控过程中的重要作用。研究生王荣纳和杨修艳为论文共同第一作者，方中明教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、贵州省“千人创新创业人才”、贵州省“科技拔尖人才”和贵州大学重点培育项目等的资助。

参考文献：

Fang, Z., Wu, B., and Ji, Y. (2021). The amino acid transporter OsAAP4 contributes to rice tillering and grain yield by regulating neutral amino acid allocation through two splicing variants. Rice 14: 2.

Ji, Y., Huang, W., Wu, B., Fang, Z., and Wang, X. (2020) The amino acid transporter AAP1 mediates growth and grain yield by regulating neutral amino acid uptake and reallocation in Oryza sativa. J. Exp. Bot. 71: 4763-4777.

Wang, R., Qian, J., Fang, Z., and Tang, J. (2020). Transcriptomic and physiological analyses of rice seedlings under different nitrogen supplies provide insight into the regulation involved in axillary bud outgrowth. BMC Plant Biol. 20: 197.

Wang, J., Wu, B., Lu, K., Wei, Q., Qian, J., Chen, Y., and Fang, Z. (2019). The amino acid permease 5 (OsAAP5) regulates tiller number and grain yield in rice. Plant Physiol. 180: 1031-1045.

Huang, W., Nie, H., Feng, F., Wang, J., Lu, K., and Fang, Z. (2019). Altered expression of OsNPF7.1 and OsNPF7.4 differentially regulates tillering and grain yield in rice. Plant Sci. 283: 23-31.

Lu, K., Wu, B., Wang, J., Zhu, W., Nie, H., Qian, J., Huang, W., and Fang, Z. (2018) Blocking amino acid transporter OsAAP3 improves grain yield by promoting outgrowth buds and increasing tiller number in rice. Plant Biotechnol. J. 16: 1710-1722.

Wang, J., Lu, K., Nie, H., Zeng, Q., Wu, B., Qian, J., and Fang, Z. (2018). Rice nitrate transporter OsNPF7.2 positively regulates tiller number and grain yield. Rice 11: 12.

Huang, W., Bai, G., Wang, J., Zhu, W., Zeng, Q., Lu, K., Sun, S., and Fang, Z. (2018). Two splicing variants of OsNPF7.7 regulate shoot branching and nitrogen utilization efficiency in rice. Front. Plant Sci. 9: 300.

来源：frontiersin 植物科学最前沿