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助力水稻高产 川农大一研究成果登上国际顶级刊物 2021-02-23 09:22:46  农产品期货网

记者从四川农业大学获悉,近日,该校王文明教授团队在植物科学类顶级刊物Nature Plants发表了题为“Suppression of rice miR168 improves yield, flowering time and immunity”(抑制水稻miR168改良产量、花期和免疫力)的研究论文,该论文不仅揭示了“miR168-AOG1”调控水稻产量、生育期和稻瘟病抗性的机制,同时为提高水稻抗稻瘟病的同时保障高产这一实际生产问题的解决提供了新的思路。

产量、抗病性和生育期是水稻生产中的三个关键因素。因为,抗病性依赖于免疫激活,而免疫激活常常以牺牲生长发育为代价,从而导致抗病性与高产之间的矛盾,这个矛盾也是抗病种质创新的一个瓶颈问题。同时,产量和生育期之间也存在平衡关系,高产的种质资源往往具有较长的生育期。因此,能够协调产量,抗病性和生育期的基因在育种中具有重要价值。

miRNA是长度为19至24个核苷酸的单链小RNA, 这种小RNA可以通过特殊途径干扰其他基因的表达。比如,miR168就是植物特有的、且进化上保守的一个小RNA,该小RNA在番茄中可以控制胚胎发生、果实发育、根系生长、叶片发育等;在许多植物中还参与抗病。更为有趣的是,植物中的miR168通过食物进入动物体内,影响胆固醇的含量。
 

王文明课题组研究发现,水稻的miR168含量在受到稻瘟菌侵染时发生改变,同时导致其控制的基因AGO1的表达变化。更细致的研究发现,人为改变miR168的含量,明显影响水稻生长发育。如果增加miR168的含量,水稻植株会变高,叶片增多导致生育期延迟,分蘖减少导致产量降低,而且更容易感染稻瘟病。反之,减少miR168的含量带来相反的变化,即植株变矮,叶片减少,生育期提前,分蘖增加,产量提高,更抗稻瘟病。


这些变化的深层次原因是,在miR168和AGO1的含量变化后,会导致一系列其他小RNA和基因表达的变化,而这些小RNA和基因有的控制植株的生长,有的控制植株的发育,还有的控制抗病性。其中,有三个小RNA,即miR535、miR164和miR1320分别参与调控水稻生长发育、产量形成和抗病性。因此,该项研究表明,miR168就像小RNA网络的一个开关,通过操控这个开关,就可以改良水稻多个重要的农艺性状。
 

该研究由王文明教授课题组,北京大学李毅教授课题组,美国加州大学戴维斯分校Pamela C. Ronald教授课题组合作完成。四川农业大学博士生王贺、朱勇、李燕副教授,加州大学戴维斯分校陈茂盛博士为论文共同第一作者。四川农业大学是第一单位,王文明教授为唯一通讯作者。该研究受到国家自然科学基金等资助。

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