ClmiR86调控西瓜磷养分高效利用和低磷协迫抗性

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磷是限制植物生长发育最重要的矿质元素之一,植物需要从土壤中吸收充足的磷营养以维持健康的生理状态并完成各个发育阶段。但是土壤中的可利用磷却往往并不能满足植物的需求,从而导致多种缺素症状以及发育障碍。在过去几十年中,嫁接已经成为一种能有效提高植物多种生物、非生物胁迫抗性以及营养吸收利用效率的手段。西瓜是我国乃至全世界重要的葫芦科经济作物,中国是世界上最大的西瓜生产和消费国,其中20%都是嫁接西瓜。目前已有很多研究表明miRNA(如miR399等)可作为一种嫁接移动的信号分子来响应低磷协迫并提高植物对低磷胁迫的抗性。本研究以嫁接西瓜为研究体系,从小RNA数据库中发现了大量嫁接前后差异表达的miRNAs。本试验重点探索被南瓜嫁接诱导的ClmiR86能否响应低磷胁迫及其在抗低磷胁迫中的功能,从而揭示ClmiR86在调控嫁接西瓜养分协迫响应中的作用。取得的主要结果如下:  1.利用geNorm和NormFinder这两个软件分析了17个候选内参基因的稳定性,发现在低营养胁迫下,miR167c和miR167f被geNorm推荐为西瓜叶片和南瓜根中最稳定的两个内参基因;而miR166b被geNorm和NormFinder共同鉴定为营养协迫下生长的葫芦根中最稳定的内参。通过分析葫芦科中一个新的miRNA(miR85)的表达以及比对一些目标miRNAs定量分析结果与测序数据的趋势,验证了所筛选出的内参在营养协迫下的可靠性,并发现miR166b和miR167c分别是矫正正常生长条件下的嫁接西瓜植株接穗和砧木中miRNA表达的最合适的内参基因。  2.发现了ClmiR86受嫁接和低磷胁迫诱导,并预测CBL互作蛋白激酶5(ClCIPK5)可能是它的一个靶基因。定量表达分析表明南瓜嫁接可促进ClmiR86所介导的西瓜低磷协迫响应并抑制其靶基因ClCIPK5的表达。而且ClmiR86在不同西瓜基因型中的表达水平与这些西瓜的磷利用效率的高低趋势相符。表明ClmiR86表达与磷利用效率正相关。  3.ClmiR86过表达显著抑制了AtCIPK5和AtCIPK25(ClCIPK5在拟南芥中的同源基因)的转录后水平,促进了拟南芥在缺磷协迫下的初生根和侧根的生长以及磷吸收。这些结果表明ClmiR86/ClCIPK5调控模式参与了西瓜低磷协迫抗性。  本试验首次筛选到的葫芦科miRNA内参基因具有较高稳定性和可靠性,适用于嫁接西瓜植株中miRNA表达分析,具有较高应用价值。此外,ClmiR86在嫁接西瓜磷元素高效利用及低磷胁迫抗性中的功能分析,有助于研究长距离信号分子调控嫁接西瓜营养高效利用和非生物抗性的分子机理。
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