通过对目标基因的高通量测序与分析，揭示了羊草在低温胁迫下通过微小RNA介导的响应机制

《BMC Genomics》：High-throughput sequencing and analysis of target genes uncover microRNA-mediated responses to low-temperature stress in Medicago falcata

　　

摘要

背景

低温会严重限制植物的生长与发育。Medicago falcata因其较强的适应能力和对非生物胁迫的耐受性，尤其是对低温胁迫的耐受性，成为紫花苜蓿育种的重要种质资源。微小RNA（miRNAs）是调控胁迫响应基因的关键因子，通过引导转录切割或抑制翻译来调节植物对胁迫的适应能力。然而，miRNAs在M. falcata低温响应机制中的作用仍不明确。

研究结果

本研究从在正常条件或低温条件下生长的M. falcata根中构建了miRNA文库。高通量测序共鉴定出442种miRNAs，其中包括245种已知miRNAs和197种新发现的miRNAs。在低温处理下，其中有74种miRNAs可能上调，37种可能下调。通过降解组测序，预测出了193个参与多种生物过程的靶基因。M. falcata的MfbZIP转录因子家族包含6个亚家族的41个成员，能够对寒冷处理作出反应。其中，与M. truncatula中的bZIP转录因子同源的核定位蛋白MfbZIP10，在茎和根中对寒冷胁迫的反应最为显著。miR408-5p也能对低温处理作出响应，通过RLM-RACE分析可知，它能够在瞬时实验中切割MfbZIP10的转录本。通过对转基因株系的生理分析和基因表达谱分析进一步证实，miR408-5p–MfbZIP10模块在低温胁迫响应中起着关键作用，而MfbZIP10则通过调控多种信号通路中的生理特征和基因表达发挥核心调控功能。

结论

本研究发现了M. falcata中可能响应低温的miRNAs，并预测了它们所调控的参与多种生物过程的靶基因。研究发现miR408-5p会在寒冷胁迫下靶向MfbZIP转录因子。通过对MfbZIP10转基因株系的生理特性分析及定量表达检测，表明miR408-5p–MfbZIP10模块在低温适应过程中具有重要的调控作用。miRNA测序和靶基因识别为揭示M. falcata中miRNA介导的调控机制提供了新的见解。这些发现有望通过遗传改良帮助培育出耐寒的牧草豆科作物。