近日，揚州大學園藝與植物保護學院水生蔬菜團隊在國際著名期刊International Journal of Molecular Sciences發(fā)表了題為Integrated mRNA and Small RNA Sequencing Reveals a microRNA Regulatory Network Associated with Starch Biosynthesis in Lotus （Nelumbo Nucifera Gaertn.） Rhizomes的研究論文。該研究通過對蓮藕節(jié)間轉(zhuǎn)錄組和Small RNA測序的聯(lián)合組學分析，揭示了microRNA調(diào)控淀粉合成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。

 

　　蓮藕（Nelumbo nucifera Gaertn.），是蓮科多年生水生草本植物，原產(chǎn)于中國和印度，是我國栽培面積最大的特色水生蔬菜。據(jù)國家特色蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系統(tǒng)計，2020年全國蓮藕種植面積達到60萬hm2。鮮藕及其加工產(chǎn)品不僅耐貯運，而且富含淀粉、蛋白質(zhì)、維生素、類黃酮和礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分，以其營養(yǎng)價值和藥用價值而聞名，深受國內(nèi)外消費者的喜愛。李時珍《本草綱目》中稱藕為“靈根”，味甘，性寒，無毒，為祛瘀生津之佳品。淀粉含量占蓮藕根狀莖干物質(zhì)總量的70%以上，節(jié)間淀粉生物合成是影響蓮藕根狀莖食用品質(zhì)的主要因素。

 

　　microRNAs（miRNAs）是植物內(nèi)源性小RNA的一個重要類別，通過賦予基因調(diào)控的序列特異性，影響多種發(fā)育和生理過程。當前，miRNAs已經(jīng)成為改良園藝作物的重要調(diào)控因子和有前途的工具。目前，已有miRNAs參與淀粉生物合成的調(diào)控研究，但尚未有關(guān)于miRNAs調(diào)控蓮藕淀粉生物合成的報道。

 

　　該研究對本課題組選育的蓮藕材料‘Z6’膨大中期三節(jié)根狀莖淀粉含量情況進行測定后發(fā)現(xiàn)總淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉在三節(jié)根狀莖中都存在顯著差異。為了進一步研究不同節(jié)間淀粉合成相關(guān)microRNA和基因的調(diào)控作用，我們對不同節(jié)間樣本構(gòu)建了18個文庫進行了轉(zhuǎn)錄組和Small RNA測序。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)顯示有19個基因參與了淀粉生物合成途徑的介導，其中NnSUS1、NnSUS2、NnSUS3、NnSUS4、NnPGM2和NnSS2發(fā)揮了重要作用。

 

　　該研究進一步對蓮藕節(jié)間轉(zhuǎn)錄組和Small RNA測序聯(lián)合組學分析，構(gòu)建了一個microRNA調(diào)控淀粉合成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，其中20個miRNAs可以通過調(diào)節(jié)10個靶基因的表達來調(diào)節(jié)不同節(jié)間的淀粉生物合成。

 

　　此外，該研究還探討了涉及淀粉生物合成的兩條miRNAs介導途徑：NnumiR396a-NnSS2和NnumiR396b-NnPGM2的潛在規(guī)律。qRT-PCR分析、瞬時共表達實驗和雙熒光素酶分析全面證實了這兩個miRNAs與其靶基因之間的負調(diào)控關(guān)系。與根狀莖三節(jié)間的淀粉含量相比，我們可以進一步得出以下結(jié)論：NnumiR396a下調(diào)NnSS2的表達并最終影響支鏈淀粉的合成，NnumiR396b下調(diào)NnPGM2的表達并最終影響總淀粉的合成。我們的結(jié)果表明，miRNAs在蓮藕根莖中的淀粉生物合成中起著關(guān)鍵作用，并且miRNAs介導的網(wǎng)絡(luò)可以調(diào)節(jié)該組織中的淀粉生物合成。這些結(jié)果為蓮藕根莖發(fā)育過程中淀粉生物合成的分子機制提供了重要的見解。

 

　　我院水生蔬菜團隊博士研究生朱婭玫、青年教師趙書平為該論文的共同第一作者；我院水生蔬菜團隊李良俊教授為通訊作者。青年教師吳鵬和馮凱參與了論文指導，研究生鄧康明參與了部分工作。研究獲得了江蘇省“揭榜掛帥”、國家重點研發(fā)計劃、國家特色蔬菜產(chǎn)業(yè)體系等項目的資助。

 

　　我院水生蔬菜團隊長期從事水生蔬菜生長發(fā)育及重要性狀分子生物學研究，主要致力于解析水生蔬菜產(chǎn)品器官發(fā)育、品質(zhì)形成、重要功能物質(zhì)代謝的分子機理研究，以及水生蔬菜種質(zhì)資源評價和創(chuàng)新應(yīng)用等研究。

 

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