Plant Communications-课题组与河南农业大学共同揭示miR167-OsARF12模块作为miR159下游调控水稻籽粒灌浆和籽粒大小

水稻籽粒灌浆充实的好坏对水稻产量的高低和品质的优劣有重要影响。MicroRNA（miRNA）是一类广泛的内源性小RNA分子，在调节真核生物的生长发育和信号转导途径中处于核心地位，以小RNA为基础的生物技术正成为作物改良的新目标和新策略，miRNA逐渐成为培育优良籽粒大小和作物产量的新靶标。然而，作为典型的受到多基因调控的数量性状，水稻籽粒灌浆和籽粒大小受到一系列基因的调控，且各基因之间的调控网络又十分庞大复杂。

2023年4月20日，Plant Communications在线发表了河南农业大学彭廷研究组、贵州大学赵全志研究组和上海交通大学薛红卫研究组合作完成的“The miR167-OsARF12 module regulates grain filling and grain size downstream of miR159”研究论文，报道了miR167-OsARF12模块作为miR159下游调节水稻籽粒灌浆和籽粒大小的调控机制。

该研究首先采用STTM (Short Tandem Target)和MIM (target mimicry)两种方式，在谷蛋白特异启动子Gt13a驱动下抑制miR167在水稻籽粒中的表达量，分析结果表明，与野生型相比，低表达miR167 (STTM167/MIM167)显著增加了籽粒灌浆速率、千粒重和大田产量，表明miR167负向调节水稻籽粒灌浆和千粒重。

前期研究结果表明，miR159正向调节水稻籽粒大小，且在miR167家族成员启动子区域存在多个OsGAMYBL2结合位点，进一步的遗传证据和生化试验证实OsGAMYBL2可与miR167h启动子结合并激活其表达。已有文章报道OsARF6、OsARF12、OsARF17、OsARF25为miR167下游靶基因，本研究通过qRT-PCR分析四个靶基因和miR167的组织表达模式及其在STTM167/MIM167株系中的表达量，结合四个靶基因过表达转基因株系籽粒表型，推测OsARF12为miR167调节水稻籽粒灌浆和籽粒大小的主效靶基因，且过量表达OsARF12 (ARF12 OE)可以很好的互补STTM167/MIM167籽粒灌浆和籽粒大小的表型。

流式细胞仪分析野生型及ARF12 OE植株幼穗结果证明OsARF12通过调节细胞分裂调节水稻籽粒灌浆和籽粒大小。酵母单杂、双分子荧光素酶互补试验和ChIP-qPCR结果验证了OsARF12可与下游参与细胞周期调控基因OsCDKF;2启动子结合并激活其表达，且以野生型和ARF12 OE植株为背景的OsCDKF;2突变体灌浆速率、籽粒大小和千粒重也能与OsARF12低表达 (ARF12 RNAi) 转基因株系相吻合。结合miR167-OsARF12模块下游基因调控网络、ARF12 OE及OsCDKF;2突变体颖壳细胞学观察及对外源生长素和油菜素内酯的敏感性鉴定，得出miR167-OsARF12模块作为miR159的下游，通过靶向OsCDKF;2促进细胞分裂、介导生长素和BR信号调节水稻籽粒灌浆和籽粒大小的结论 (图1)。

图1. miR167-OsARF12在miR159下游通过OsCDK;2

调节水稻籽粒灌浆和籽粒大小模式图

河南农业大学青年教师赵亚帆博士为该论文第一作者，河南农业大学彭廷教授、贵州大学赵全志教授、课题组薛红卫教授为该论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、河南省优秀青年科学基金、中原青年拔尖人才支持计划、河南省高校科技创新人才、中国博士后科学基金等的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100604