人才强校 | 张万军课题组在改良柳枝稷生物量及品质性状方面取得研究新进展

本网讯 2021年2月10日，我校草业科学与技术学院张万军副教授课题组题在Plant Biotechnology Journal在线发表了题为“MiR396-GRF module associates with switchgrass biomass yield and feedstock quality”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显著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在茎中显著高表达。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单株植物的糖产量最高。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。

中国农业大学刘燕蓉博士为该论文的第一作者，张万军副教授为通讯作者。北京市农林科学院李大勇副研究员，北京农学院杨瑞副研究员，美国克莱姆森大学罗宏教授参与了本研究的部分工作。该研究项目得到了国家863项目（2012AA101801）和中国农业大学动物科学与技术学院青年英才研究计划（2016002）的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13567