改良柳枝稷生物量及品质性状方面取得研究新进展

中国农业大学草业科学与技术学院张万军副教授课题组题的研究论文。该研究对草类植物特别是C4植物的生物量及品质方面的遗传改良具有重要意义。

提高生物量和品质（消化率）是草育种领域的重要研究方向。MicroRNA (miRNA)是一类非编码小RNA，通过调节其靶基因的mRNA丰度，在植物生长发育中发挥重要的生物学功能。研究表明miR396-GRF模块在控制植物组织或器官的大小方面发挥重要作用。调控miR396或其靶基因GRF的表达水平可能是改善植物农艺性状的有效策略，而GRF家族的不同成员间存在功能冗余和一定的特异性。阐明miR396-GRF通路如何调控C4植物柳枝稷的生物量和品质是本研究的主要内容。

本研究发现过表达miR396显着降低柳枝稷株高及细胞壁G木质素单体的含量。并在柳枝稷中鉴定出19个PvGRFs，其中13个受miR396转录后剪切，PvGRF1、PvGRF3和PvGRF9在茎中显着高表达。通过分别过表达PvGRF1、3和9基因的miR396靶位点同义突变基因rPvGRF1、3和9，以及过表达PvGRF1/3/9- SRDX来抑制PvGRF1/3/9活性，发现PvGRF1和PvGRF9在提高植物株高和G木质素单体含量方面发挥主要作用。在miR396过表达植株中过表达PvGRF9可回补过表达miR396植株的缺陷表型。另外，PvGRF9的表达会影响miR396及其它GRF基因的表达，干扰赤霉素和生长素的生物合成、信号转导，细胞壁木质素、葡萄糖和木聚糖的生物合成途径中相关基因的表达，从而系统性地调控柳枝稷株高和细胞壁生物合成。通过酶解消化处理，综合评价转基因材料的生产应用价值，发现过表达rPvGRF9单株植物的糖产量。本研究阐明了miR396-PvGRF9通路在调控柳枝稷生物量产量和品质中的重要作用，为植物生物量和品质改良提供了新的分子工具