miRNA响应蓝光调控杨树生长的分子机制

探明miRNA响应蓝光调控杨树生长的分子机制。以741杨盆栽苗为材料，进行LED蓝光和白光处理，以白光为对照，测定蓝光诱导植株的生长及生理指标，以明确其生长差异;通过 miRNA-seq、qRT-PCR结合前期RNA-seq，分析miRNA及其靶基因的表达量变化及功能;以miR166o为对象，借助转基因、基因编辑、RNA-seq、DAP-seq等手段，探究miR166o功能及其下游调控路径。LED蓝光和白光处理741杨盆栽苗1d、2d和5d后，蓝光组的株高显著高于白光组，处理2d和5d时，蓝光组的Pn、叶片内源性激素IAA、GA3、CTK显著高于白光组;以蓝光和白光处理 1d的叶片为材料进行miRNA-seq，共筛选到19个差异表达miRNAs，预测到150个miRNA的靶基因，在环境信息过程中主要富集到信号转导通路;4个关键差异表达miRNA ptc-miR166、ptc-miR167、ptc-miR396和ptc-miR319的靶基因大多数为生长素反应因子ARF、生长调节因子GRF及MYB、TCP、SPL和HD-ZIP转录因子家族基因，差异表达miRNA受蓝光诱导后表达水平降低，靶基因的表达模式相反;获得了miR166o前体过表达(OE)株系和CRIS PR/Cas9 基因编辑(DE)株系各 9 个;DE株系中miR166o不表达或表达量极低，靶基因HB14 表达量显著增加，而OE株系相反，双荧光素酶报告基因实验证明miR166o与HB14 存在靶向作用关系;前期生长过程中DE株系的株高、地径、节间数量和叶面积显著高于WT和OE株系;6 月龄时，DE株系的IAA含量高于WT，GA含量显著高于WT，OE株系的ABA含量显著高于WT和DE株系;DE株系茎的硬度较高，木质部宽度、韧皮部宽度、形成层细胞层数、平均纤维长度和宽度、纤维素、半纤维素和木质素含量均显著高于WT和OE株系;RNA-seq发现DE-vs-WT中，黄酮类化合物的生物合成、次生代谢物的生物合成、卟啉代谢、植物激素信号转导途径等富集较为显著;基于DAP-seq鉴定到HB14 调控的靶基因包括ARF9、ARF2、ARF-BP1、GID1B、GID1C、GA20ox1、ERF091、PIN-LIKES2 等植物激素信号转导、合成及光响应相关基因。本研究明确了蓝光诱导可促进 741 杨盆栽苗生长，挖掘出关键差异表达miRNA及其靶基因，明确了miR166o敲除可促进杨树生长，miR166o靶向HB14 调控下游靶基因参与植物激素信号转导等通路进而调控杨树生长，为光控植物生长研究及杨树分子育种提供理论依据和种质资源。