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唐久友博士Nature Plants特邀综述:microRNA在育种上的应用

已有 9500 次阅读 2017-6-30 23:16 |个人分类:佳作欣赏|系统分类:论文交流

   今日出版的Nature Plants上发表了课题组唐久友博士撰写的题为MicroRNAs in crop improvement: fine-turners for complex traits的特邀综述文章,针对作物中microRNA (miRNA) 的功能研究现状以及育种应用策略进行了系统性的总结和介绍,并对该领域未来的研究趋势进行了展望。

miRNA是一类长约22个核苷酸的内源单链非编码小分子RNA,通过与靶基因mRNA上的互补位点结合来介导mRNA的降解或翻译抑制。作为一类重要的转录后基因调控因子,近年来的大量研究揭示了miRNA在调控植物生长发育以及环境适应性方面广泛且关键的作用。但对miRNA调控主要农作物重要农艺性状的作用模式以及育种应用策略等缺少系统的分析与总结。

这篇综述全面梳理了水稻、玉米、小麦、大麦、大豆、土豆、烟草、西红柿以及棉花等九大作物中miRNA调控重要农艺性状的研究现状,基于9大作物中36个家族65个生物学功能被确认的miRNA的相关研究成果,分析了作物中miRNA调控特定靶基因的类型,概括了miRNA调控作物复杂农艺性状的普遍模式,讨论了不同作物中相应miRNA的功能保守性和功能分化现象,总结出miRNA在常规育种、杂交育种以及转基因育种上的应用策略和现状。

图 1 水稻重要农艺性状的miRNA调控网络图

此外,该文指出了目前作物miRNA研究中迫切需要关注的方向,比如迄今在上述九大作物中已鉴定多达2000多的miRNA,但生物学功能得到验证的仅有65个,更多有望在特定复杂农艺性状上发挥定向改良作用的种属或组织特异性miRNA的功能有待验证;同时,近年来农作物抽穗期的高温热害以及收获期的穗发芽现象已频频造成了大面积的作物产量损失和品质下降,而miRNA在诸如高温耐受或种子休眠等复杂农艺性状上可能的调控作用目前还没有较为明确的功能分析报道。

该文展望了作物miRNA在重要农艺性状改良上的前景,比如更多待发掘miRNA及其靶基因的优良等位有望快速在作物育种上得到大规模应用并取得显著的经济效益。目前水稻中利用miR156靶基因IPA1优良等位变异的应用和推广也是这方面的一个成功范例。随着基因定点编辑技术的发展与完善,这一技术将有望加速miRNA在复杂农艺性状改良上的推广使用。

该文为相关研究人员及育种工作者快速全面了解作物miRNA的靶基因、调控途径及已知生物学功能,评估miRNA潜在的育种应用潜力提供了一个有价值的参考。

建议阅读:

1. Tang J and Chu C (2017) microRNAs in crop improvement: fine-tuners for complex traits. Nature Plants 3: 17077.

2. Wu J, Yang R, Yang Z, Zhao S, Yao S, Wang Y, Li P, Song X, Jin L, Zhou T, Xie L, Zhou X, Chu C, Qi Y, Cao X, and Li Y (2017) ROS accumulation and antiviral defence control by microRNA528 in rice. Nature Plants 3: 16203.

3. Li H, Hu B, Wang W, Zhang Z, Liang Y, Gao X, Li P, Liu Y, Zhang L, and Chu C (2016) Identification of microRNAs in rice root in response to nitrate and ammonium. J. Genet. Genomics 43: 651-661.

4. Che R, Tong H, Shi B, Liu Y, Fang S, Liu D, Xiao Y, Hu B, Liu L, Wang H, Zhao M, and Chu C (2015) Control of grain size and rice yield by GL2-mediated brassinosteroid responses. Nature Plants 2: 15195.

5. Hu B, Wang W, Deng K, Li H, Zhang Z, Zhang L, and Chu C (2015) microRNA399 is involved in multiple nutrient responses in rice. Front. Plant Sci. 6: 188.

6. Hu B, Zhu C, Li F, Tang J, Wang Y, Lin A, Liu L, Che R, and Chu C (2011) LEAF TIP NECROSIS1 plays a pivotal role in regulation of multiple phosphate starvation responses in rice. Plant Physiol. 156: 1101-1115.



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