本研究揭示了miR1868在调控水稻分蘖和增强抗病毒能力方面的应用。通过将Osa-miR1868基因及其前体Pre-miR1868引入目标植物,成功培育出转基因水稻。这些转基因水稻的分蘖数量减少,但对病毒的抗性显著增强。研究表明,Pre-miR1868的过量表达能够降低水稻分蘖,同时提高其对病毒的耐受性。这一发现对于开发抗病毒作物品种和提高作物产量具有重要意义。
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水稻(Oryza sativa L.)起源于热带亚热带地区,是世界上重要的粮食作物,为世界近一半人口的口粮。因此,水稻的高产和稳产事关国计民生。水稻的产量和水稻的株高、分蘖、穗型、籽粒大小和千粒重等农艺性状密切相关。其中,适中的分蘖数、合理的株高、大穗粒多是超级稻的高产优质理想属性,合理控制水稻分蘖数有利于提高水稻的有效穗数和穗粒重量,增加水稻的抗倒伏抗逆等性状,进而提高水稻的总体产量。水稻驯化经历了绿色革命、杂交水稻等过程,现进入了分子设计育种阶段,从遗传学和分子生物学实现培育分蘖适中的水稻是实现“理想株型”的一个重要指标。如在合理范围内提高SPL14蛋白的丰度,会导致水稻分蘖数稍低,但是增加了水稻的产量,还提高了水稻对逆境的耐性,也被称作理想株型基因IPA1,它也是培育超级稻的核心基因。因此,寻找和分离水稻种控制分蘖性状的基因,对于指导分子育种和品种改良具有重要意义。
水稻的稳产受多种生物和非生物胁迫的威胁,其中病虫害是影响水稻产量和质量的重要因素,而培育抗病虫害的水稻品种是从源头上控制病虫害的高效防控策略。水稻病毒病一旦爆发,几乎无有效措施防治,带来的危害巨大。其中大部分的病毒病经由传毒介体昆虫进行传播,这加剧了病毒病的防治难度。水稻锯齿叶矮缩病毒(rice ragged stuntvirus,RRSV)属于呼肠孤病毒科水稻病毒属,感染了RRSV的水稻矮缩、分蘖增多,叶色浓绿,叶片扭曲,呈现锯齿状缺刻,往往不能抽穗,造成水稻绝收,给水稻生产带来了极大威胁。迄今,农业生产中尚未见对RRSV显著抗性的水稻推广品种。有研究发现在水稻中表达RRSV的病毒组分,激活RNA干扰(RNA interfering,RNAi)的转基因水稻能够取得非常显著的抗病毒效果。
小分子RNA(microRNA,miRNA)是RNAi通路中的重要组分,它们与AGO蛋白结合,通过碱基互补配对的方式与靶标结合,调控靶标基因的转录,转录后mRNA的切割和翻译抑制。miRNA广泛调控了植物的生长发育、响应生物非生物胁迫的多个生理生化过程。在水稻的生长发育期中,无论是植株的形态建成,发育时期的转变,抗病抗逆等过程都受到miRNA的调控。目前针对物种和功能保守miRNA的研究较为深入,一些物种和功能特异性的miRNA研究相对滞后,在病毒与水稻互作中miRNA的功能研究报道较少。受病毒侵染诱导的miR1868在水稻与病毒互作中的功能研究尚未见报道。本发明在响应病毒侵染miRNA中筛选到miR1868,并进一步揭示了miR1868在水稻发育和抗病毒中的功能,这对于水稻分蘖和抗病毒性状的改良具有重要意义。
实现思路