[发明专利]水稻miR192在增加植物镉胁迫敏感性中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及功能基因组学领域，尤其涉及一种水稻miR192在增加植物镉胁迫敏感性中的应用。

背景技术

近年来，我国重金属(镉、砷、汞等)引起的土壤污染形势已相当严峻。2006年全国受重金属污染的耕地约有1.5亿亩；全国每年受重金属污染的粮食达1200万吨，造成的直接经济损失超过200亿元；在未来的中国农产品安全问题中，重金属污染将取代农药，成为主要的公共卫生问题。水稻是世界上最重要的农作物，全球一半以上的人口以稻米为主食，我国是世界上第一种稻大国，目前我国稻米中重金属超标现象已引起了国家各部委的高度重视。重金属一旦进入土壤-水稻系统中就很难排除。过量的重金属在水稻的根、茎、叶以及籽粒中积累，不仅影响水稻的产量和农田生态系统，并可通过食物链进入人体，引发各种疾病，最终危害人体健康。因此，探明水稻对重金属吸收、转运规律及重金属耐性的生理和分子机理，在轻度重金属污染的土壤中进行农作物的安全生产，并利用植物进行大规模污染土壤的修复，将对保障农产品安全和生态安全，促进农业生产的可持续发展意义重大。

植物重金属毒害是多方面的，其对重金属的抗性机制也十分复杂，包括植物限制重金属离子吸收，重金属与体外分泌物结合，重金属的外排，根系富集，细胞壁束缚，跨质膜、液泡膜转运，抗氧化响应等。其中，有机酸、氨基酸、含氮化合物，植物螯合肽(Phytochelatin，PC)和金属硫蛋白(MT)等在植物对重金属的解毒作用中发挥了重要功能。一些与植物重金属耐性相关的基因也得到了鉴定与功能的描述，它们基本为直接参与代谢与生理变化的效应基因，通过控制代谢小分子或蛋白的表达参与抗逆过程。一般认为植物的重金属胁迫应答机理可能是由多基因控制的，植物的重金属毒害及其耐受性是多种生理过程的综合反应，但迄今为止其中何为关键因子并不清楚。

微RNA(microRNA，或miRNA)是一种新型的调控基因表达的小分子RNA，主要在转录后水平负调控靶基因的表达。植物中miRNA通过调控其靶基因的表达，广泛参与植物的生长发育、细胞代谢、器官形态建成、激素分泌、信号转导、胁迫应答等过程。近年来的研究表明，miRNA在植物重金属胁迫响应过程中扮演着重要角色。在豆科的模式植物蒺藜苜蓿中，部分miRNA的表达可受重金属镉、汞、铝的诱导与调节(Zhao，S.Z.，Si，Q.H.，Zhi，M.Y.Bioinformatic identification and expression analysis of new microRNAs from Medicago truncatula.Biochem.Biophys.Res.Commun，2008，374：538-542.)。在甘蓝型油菜中，miR156、miR171、miR393以及miR396a的表达受到镉的抑制(Xie，F.L.，Huang，S.Q.，Guo，K.，Xiang，A.L.，Zhu，Y.Y.，Nie，L.，Yang，Z.M.Computational identification of novel microRNAs and targets in Brassica napus.FEBS Lett，2007，581：1464-1474.)。Huang等(2009)构建镉胁迫下水稻幼苗的small RNA文库，克隆了19个新的miRNA，并发现其中多数miRNA在镉胁迫下表达发生变化。水稻幼苗根中miR604在镉处理下表达下调，其靶基因脂转移蛋白表达上升。而脂转移蛋白参与植物多种抗逆性反应并介导植物激素信号转导等过程(Huang，S.Q.，Peng，J.，Qiu，C.X.，Yang，Z.M.Heavy metal-regulated new microRNAs from rice.J.Inorg.Biochem，2009，103：282e287.)。Kong等(2010)在拟南芥中克隆得到8个与缺铁胁迫相关的miRNA，它们在缺铁条件下均表达上调，并且其中5个MIRNA基因上游的启动子区经预测存在缺铁诱导表达调控元件(IDE1/IDE2)(Kong，W.，Yang，Z.M.Identification of iron-deficiency responsive microRNA genes and cis-elements in Arabidopsis.Plant Physiol.Biochem，2010，48：153e159.)。Sunkar等(2006)研究发现miR398在拟南芥抵抗强光、重金属Cu、Fe等氧化胁迫中发挥作用：在氧化胁迫条件下，miR398的表达量被诱导降低，miR398调控的Cu/Zn超氧化物歧化酶(CSDs)mRNA的表达量升高，Cu/Zn超氧化物歧化酶可快速地将超氧化物转变成过氧化物和分子氧，组成了抵抗高毒性超氧化物的第一道防线，导致拟南芥对重金属胁迫的耐受性也大大增加(Sunkar，R.，Kapoor，A.，Zhu，J.K.Posttranscriptional induction of two Cu/Zn superoxide dismutase genes in Arab idopsis is mediated by downregulation of miR398 and important for oxidative stress tolerance.Plant Cell，2006，18：2051-2065.)。因此，深入研究植物miRNA在重金属胁迫应答中的功能及其作用机制，将有助于阐明植物对重金属吸收、转运规律及其生理和分子机理，也可为通过小分子RNA的遗传操作改良作物的抗逆性，培育优良重金属可食部分低积累型或者优良重金属超积累型植物，为土壤重金属污染的植物修复技术提供材料。