Hortic Res :中科院上海植生所解析miRNAs调控大白菜叶球的形态建成学术资讯

来源：BioArt植物

植物发育过程表现在根、茎、叶、花、果实和种子等器官的形态发生和形态建成，包括茎尖分生组织上不同类型原基的决定、起始、分化和发生，涉及细胞和组织极性建立、细胞分裂和分化、时期转换和激素应答等生理过程，受一批重要基因或遗传因子的调控。园艺作物的根、茎、叶、花和果实除了行使水分和矿质吸收、物质运输、光合作用、授粉受精等生理功能外，还是贮存多种与人类健康营养成分有关的产品器官。它们在大小、形状、表面特征和质地上的变化构成了这些产品器官的商品品质。园艺作物的育种和栽培在很大程度上是围绕这些产品器官的商品品质所展开的。因此，根、茎、叶、花和果实等植物基本器官是如何变态为营养贮藏器官是园艺学的重要科学问题。

叶球（大白菜、甘蓝、莴苣）和鳞茎（洋葱、郁金香、百合）包含卷曲和加厚的变态叶。小分子RNA mi319a调控大白菜叶球的形状，miR156调控叶球形成的时间，miR165/6调控叶球的大小。在此基础上，中国科学院上海植物生理生态研究所植物分子遗传国家重点实验室何玉科研究员率领的团队于在Horticulture Research上在线发表BcpLH organizes a specific subset of microRNAs to form a leafy head in Chinese cabbage (Brassica rapa ssp. pekinensis) 的研究论文。

Fig. 1: Expression patterns of BcpLH and BcpLH2 in Chinese cabbage.

该研究回答了一个重要的科学问题：miRNAs如何分工协作调控叶球的形成？该团队利用转基因的方法抑制或过表达miRNA生物合成过程中的BcpLH (Brassica campestris ssp. pekinensis LEAFY HEADS)基因。该基因是拟南芥为HYL1 (HYPONASTIC LEAVES1)的同源基因，是该团队通过RNA差异杂交的方法从大白菜中首先克隆得到的。大白菜BcpLH在平展的莲座叶和卷曲的抱心叶中差异表达。同拟南芥HYL1相比，BcpLH缺少蛋白-蛋白相互作用结构域，其蛋白的长度只有HYL1的三分之二。为了检测BcpLH是否丧失了miRNA生物合成的能力，该团队构建了BcpLH基因反义基因和过表达载体，转入圆球状的大白菜自交系中。BcpLH反义基因降低了miRNA生物合成的水平，提高了一些miRNA靶基因的表达水平，引起本来平展的莲座叶向内卷曲，卷曲的时间提前，造成叶球从圆球状向卵圆型的转化。有趣的是，依赖于大白菜BcpLH的miRNAs与拟南芥HYL1的miRNAs有所不同。例如，miR19a 在拟南芥缺失突变体中降低，但是在大白菜BcpLH基因反义基因转基因植株中升高。结果表明，BcpLH控制大白菜一批miRNAs，协调叶卷曲的方向、时间和形状，以利于叶球的形态建成和发育。这些研究结果首次明确了BcpLH在协调一批miRNAs调控叶球形态建成中的重要作用，对今后植物器官变态的研究具有重要的指导意义。

Fig. 2: miRNA overexpression partially rescued the phenotype of LHas-1.

原文链接：

https://www.pnas.org/content/early/2019/12/20/1910501117

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