北京大學李磊課題組在microRNA408的功能和應用研究中取得新進展

MicroRNA (miRNA)是植物體內基因表達調控的重要因子，對植物的生長發育有著重要功能。近日，北京大學生命科學學院李磊課題組在JIPB和Wiley網站在線發表了題為」Overexpression of microRNA408 enhances photosynthesis, growth, and seed yield in diverse plants」的研究論文。該研究揭示了通過提高miR408基因的表達量，可以改善多種植物的光合作用和種子大小，為植物高產育種提供了新的思路。

MicroRNA408 (miR408)是陸生植物中高度保守的一類miRNA。該課題組在早期研究中發現，miR408對擬南芥幼苗的生長發育有著正向調節作用，即過量表達該基因的擬南芥幼苗相較於野生型顯著增大，抑制該基因表達，擬南芥幼苗發育緩慢。進一步的研究發現，miR408上游受到植物響應光信號的HY5和響應細胞銅穩態的SPL7兩個轉錄因子的共同調控，暗示了miR408在連接植物對光和銅兩種環境因素的響應過程中扮演著調控中心的重要角色。為進一步研究miR408功能的保守性和探索其應用價值，除擬南芥之外，本研究另外選取了兩類經濟作物——煙草和水稻作為研究材料，通過基因工程手段，過表達三種植物材料的miR408基因。表型研究發現，相較於野生型，三種植物的幼苗生長都得到了顯著提高；且成體材料葉片在凈光合速率、光受體II的電子傳遞速率、葉綠素熒光的非光化學淬、質體醌A還原程度和光受體I氧化程度等光合能力衡量指標方面，miR408過表達植株都顯著優於野生型；另外，三種miR408過表達材料的種子大小也顯著增加，又通過兩年兩地區的水稻田間實驗結果發現，miR408過表達的水稻材料其有效分枝數、實粒數、千粒重和小區產量都得到了相應提高。機制研究方面，miR408有效地提高了三種植物材料中細胞銅離子在葉綠體中的分配比例，進而提高了光合電子傳遞鏈中作為電子載體的含銅蛋白質體藍素的蛋白水平，並且也顯著增加了光合作用相關基因的轉錄組水平。

李磊團隊的博士研究生潘加偉為論文的第一作者，李磊研究員為本文的通訊作者，中科院遺傳與發育生物學研究所儲成才研究員、廣西農業科學院水稻所黃大輝研究員為本文中水稻轉基因和農藝性狀的統計工作提供了幫助。該項目得到北京大學—清華大學生命科學聯合中心和重點研發計劃等經費資助。

該論文DOI: 10.1111/jipb.12634。

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