扬州大学园艺与植物保护学院水生蔬菜团队李良俊教授课题组揭示microRNA介导莲藕节间淀粉合成的作用机制

　　近日，扬州大学园艺与植物保护学院水生蔬菜团队在国际著名期刊International Journal of Molecular Sciences发表了题为Integrated mRNA and Small RNA Sequencing Reveals a microRNA Regulatory Network Associated with Starch Biosynthesis in Lotus （Nelumbo Nucifera Gaertn.） Rhizomes的研究论文。该研究通过对莲藕节间转录组和Small RNA测序的联合组学分析，揭示了microRNA调控淀粉合成的复杂网络。

 

　　莲藕（Nelumbo nucifera Gaertn.），是莲科多年生水生草本植物，原产于中国和印度，是我国栽培面积最大的特色水生蔬菜。据国家特色蔬菜产业技术体系统计，2020年全国莲藕种植面积达到60万hm2。鲜藕及其加工产品不仅耐贮运，而且富含淀粉、蛋白质、维生素、类黄酮和矿物质等营养成分，以其营养价值和药用价值而闻名，深受国内外消费者的喜爱。李时珍《本草纲目》中称藕为“灵根”，味甘，性寒，无毒，为祛瘀生津之佳品。淀粉含量占莲藕根状茎干物质总量的70%以上，节间淀粉生物合成是影响莲藕根状茎食用品质的主要因素。

 

　　microRNAs（miRNAs）是植物内源性小RNA的一个重要类别，通过赋予基因调控的序列特异性，影响多种发育和生理过程。当前，miRNAs已经成为改良园艺作物的重要调控因子和有前途的工具。目前，已有miRNAs参与淀粉生物合成的调控研究，但尚未有关于miRNAs调控莲藕淀粉生物合成的报道。

 

　　该研究对本课题组选育的莲藕材料‘Z6’膨大中期三节根状茎淀粉含量情况进行测定后发现总淀粉、直链淀粉、支链淀粉在三节根状茎中都存在显著差异。为了进一步研究不同节间淀粉合成相关microRNA和基因的调控作用，我们对不同节间样本构建了18个文库进行了转录组和Small RNA测序。转录组数据显示有19个基因参与了淀粉生物合成途径的介导，其中NnSUS1、NnSUS2、NnSUS3、NnSUS4、NnPGM2和NnSS2发挥了重要作用。

 

　　该研究进一步对莲藕节间转录组和Small RNA测序联合组学分析，构建了一个microRNA调控淀粉合成的复杂网络，其中20个miRNAs可以通过调节10个靶基因的表达来调节不同节间的淀粉生物合成。

 

　　此外，该研究还探讨了涉及淀粉生物合成的两条miRNAs介导途径：NnumiR396a-NnSS2和NnumiR396b-NnPGM2的潜在规律。qRT-PCR分析、瞬时共表达实验和双荧光素酶分析全面证实了这两个miRNAs与其靶基因之间的负调控关系。与根状茎三节间的淀粉含量相比，我们可以进一步得出以下结论：NnumiR396a下调NnSS2的表达并最终影响支链淀粉的合成，NnumiR396b下调NnPGM2的表达并最终影响总淀粉的合成。我们的结果表明，miRNAs在莲藕根茎中的淀粉生物合成中起着关键作用，并且miRNAs介导的网络可以调节该组织中的淀粉生物合成。这些结果为莲藕根茎发育过程中淀粉生物合成的分子机制提供了重要的见解。

 

　　我院水生蔬菜团队博士研究生朱娅玫、青年教师赵书平为该论文的共同第一作者；我院水生蔬菜团队李良俊教授为通讯作者。青年教师吴鹏和冯凯参与了论文指导，研究生邓康明参与了部分工作。研究获得了江苏省“揭榜挂帅”、国家重点研发计划、国家特色蔬菜产业体系等项目的资助。

 

　　我院水生蔬菜团队长期从事水生蔬菜生长发育及重要性状分子生物学研究，主要致力于解析水生蔬菜产品器官发育、品质形成、重要功能物质代谢的分子机理研究，以及水生蔬菜种质资源评价和创新应用等研究。

 

　　文章链接： https://www.mdpi.com/1422-0067/23/14/7605

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