6月30日,
Nature Plants
杂志在线发表了中国科学院遗传发育所
储成才
课题组题为“MicroRNAs in crop improvement: fine-turners for complex traits”的特邀综述,
系统总结了9大作物中microRNAs(miRNAs)的功能研究现状以及在育种应用上的策略,并对该领域未来的研究趋势进行了展望。
miRNAs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miRNAs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miRNAs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。
九大作物中
miRNAs
及其靶基因的分布
唐九友
副研究员和
储成才
研究员等全面梳理了水稻、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miRNAs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miRNAs的相关研究成果,分析了作物中miRNAs调控特定靶基因的类型,概括了miRNAs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miRNAs的功能保守性和功能分化现象,总结出miRNAs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。
miRNAs调控作物复杂农艺性状
此外,该文指出了
目前作物miRNAs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miRNAs,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miRNAs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miRNAs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。
水稻重要农艺性状的miRNA调控网络
该文展望了作物miRNAs在重要农艺性状改良上的前景,比如更多待发掘miRNAs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miRNAs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miRNAs的靶基因、调控途径及已知生物学功能,评估miRNAs潜在的育种应用潜力提供了一个有价值的参考
。
储成才
,博士,现任中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员,中国科学院大学教授,植物基因组学国家重点实验室副主任,国家杰青。
1986年获安徽师范大学学士学位,1989年获中国科学院植物研究所硕士学位,1996年12月获德国马丁.路德大学(Martin-Luther University)博士学位,1997年进入德国Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK)进行博士后研究。1999年入选中国科学院“百人计划”、引进国外杰出人才;2004年入选首批新世纪百千万人才工程国家级人选;2006年经国务院批准享受政府特殊津贴专家;2008年获国家杰出青年基金;2016年入选中国科学院“特聘核心骨干”研究员,并荣获 “第七届全国优秀科技工作者”称号;其领导的“资源高效利用水稻的分子设计”入选国家创新人才推进计划重点领域创新团队。现任国家植物基因研究中心(北京)理事会秘书、主任助理,中国科学院遗传发育所浙江嘉兴农作物高新技术育种中心副主任。中国科学院战略性先导专项(A类)“分子模块设计创新技术体系”总体组成员。长期以来一直从事农作物产量性状改良的分子基础及作物品种的分子设计研究,在水稻营养高效吸收利用、种子大小和叶片衰老调控的分子机制,作物分子设计育种等基础及应用基础研究领域均做出了一系列原创性研究,为新一代水稻及其它作物高产育种改良提供了全新的思路。回国后已在
Nature Genetics, Nature Plants, Genome Research, PNAS, Plant Cell, New Phytologist, PLoS Genetics, Molecular Plant, Plant Physiology, Plant Journal
等国际刊物发表论文100多篇,申请专利40 多项,其中国际专利8 项,与育种单位合作培育水稻新品种3个,累积推广面积1200多万亩。
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