苹果中miR164g-MsNAC022新模块通过转录调控活性氧清除系统介导植株干旱应答

苹果（Malus domestica Borkh.）是全球广泛种植的最具经济价值的果树之一（图1），而干旱胁迫是严重限制苹果产业发展的关键环境因素之一。MicroRNA（miRNA）是一类内源单链非编码RNA，主要通过剪切下游靶基因的mRNA来调控其表达水平，进而在植株生长和胁迫响应等进程中发挥功能。新疆野苹果（Malus sieversii Roem.）作为现代栽培苹果的祖先种，是常用苹果砧木中抗旱性最强的一种，但关于miRNA在其优异抗旱性中发挥功能的机制，目前仍知之甚少。因此，挖掘新疆野苹果中抗旱功能基因及其响应调控机制，具有重要的应用价值。

近日，Horticulture Research 上线了（Advance Access）中国农业大学李天红教授团队题为miR164g-MsNAC022 acts as a novel module mediating drought response by transcriptional regulation of reactive oxygen species scavenging systems in apple 的研究论文。该研究揭示了新疆野苹果miR164g-MsNAC022 模块通过调控活性氧清除系统介导植株干旱应答的新机制。

作者以新疆野苹果为试材，利用前期获得的其干旱胁迫下miRNA测序数据库进行筛选，获得了一个差异表达的新miRNA并围绕其在新疆野苹果干旱胁迫响应与转录调控中的作用机制开展研究。研究人员发现，miR164g作为新疆野苹果中新鉴定的miR164家族成员，干旱胁迫显著抑制其表达。此外，新疆野苹果miR164g靶向剪切下游转录因子MsNAC022 ；miR164g-MsNAC022 模块通过促进转基因苹果的根系发育，显著提升其在干旱胁迫下的叶片相对含水量、净光合速率以及瞬时水分利用效率，表现出抗性增强（图2）。

干旱胁迫下活性氧（Reactive oxygen species, ROS）过度积累造成细胞氧化损伤，因此活性氧清除能力对于苹果植株的耐旱性至关重要。该研究中过表达MsNAC022显著提高了转基因苹果株系中超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase, SOD）、过氧化物酶（Peroxidase, POD）等ROS清除酶活性及其相关基因表达水平，MsNAC022进而通过转录调控增强ROS清除系统提升转基因苹果植株的耐旱性（图3）。

作者进一步的研究表明，相比于M26，新疆野苹果MsPOD启动子中具有两个特异插入片段，从而增强了MsNAC022对MsPOD表达的正调控；干旱胁迫下，新疆野苹果中MsNAC022和MsPOD表达水平更高，对水分变化响应也更迅速。该研究有助于加深对新疆野苹果优异抗旱性分子调节机制的理解，且进一步丰富了对miR164作为功能多样的植物miRNA在干旱胁迫响应中所发挥功能的认知。

中国农业大学园艺学院已毕业博士研究生彭翔为论文第一作者，中国农业大学园艺学院李天红教授与刘扬教授为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研究发展计划（grant no. 2019YFD1000102-02）、国家自然科学基金（grant No. 31972390，32272686）以及北京市科技创新和服务能力建设（grant no. CEFF–P XM2019-014207-000032）等项目的资助。

作者团队介绍

李天红教授团队针对我国北方地区普遍存在的水资源短缺和土壤盐碱化较为严重与果树产业发展、果实品质形成矛盾突出的实际问题，重点从果树发育生理与分子生物学、果树抗逆生理与分子育种等方向开展果实品质形成、抗逆作用机理与调控的应用基础研究。主持国家自然科学基金项目、国家科技支撑计划项目课题、公益性行业（农业）/（林业）科研专项课题及重点研发项目子课题等20余项，先后在Horticulture Research、Plant Physiology、The Plant Journal 及园艺学报等国内外期刊发表论文80余篇；授权发明专利7项，软件著作权2项；主编及参编教材和学术著作6部；作为主要完成人获神农中华农业科技进步一等奖等省部级奖励4项。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhac192

转自：“园艺研究”微信公众号

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