武亮

武亮，浙江大学农学与生物技术学院“百人计划”研究员，研究兴趣为单子叶植物非编码RNA、麦类开花机制以及作物功能基因。


禾本科植物如水稻、小麦等是人类食物的主要来源，而禾本科植物均属于单子叶植物，因此，以单子叶植物作为研究对象，开展植物分子生物学和遗传学研究具有重要理论和现实意义。


小分子RNA 是一类长度为21-24 nt、具有基因表达调控作用的非编码RNA。植物小分子RNA 主要包括 microRNA（miRNA）和small interfering RNA (siRNA)，其中miRNA作为最重要的小分子RNA，参与植物生长发育和和抵御逆境胁迫等多个生物学过程。我们前期研究发现，单子叶植物miRNA不仅以剪切mRNA和抑制蛋白翻译方式调控靶基因（Wu et al., The Plant Cell, 2009），而且可以通过DNA甲基化方式在转录水平调控靶基因（Wu et al., Molecular Cell, 2010）。目前，虽然关于单子叶植物miRNA的研究不少，但均是通过高通量测序手段鉴定其表达水平，真正对于单子叶植物非保守miRNA的功能了解还处于空白（Qin et al., Frontiers in Plant Science, 2014）。以水稻作为研究对象，我们通过miRNA和靶基因表达水平分析，发现了多个可能参与重要生物学过程的21-nt和24-nt非保守miRNA；通过过量表达和基因敲除手段，发现其中数个异常表达可以直接导致植物发育异常和抗逆性下降。我们下一步的研究工作，不仅将阐述这些非保守miRNA 的生物学功能，而且将通过生化和遗传方法，鉴定这些非保守miRNA和靶基因的上下游调控组分，试图建立单子叶植物特异miRNA、靶基因、上下游作用因子共同作用于重要生物学过程的分子网络。


二穗短柄草（Brachypodium distachyon）生长周期短、植物体型小、自花授粉、转化方法相对简单、并且具有完整的基因组信息和丰富的遗传变异，是近年来发现的研究麦类作物和能源植物的理想模式生物。抽穗期早晚是作物重要性状之一，可以直接决定作物品种应用的广式性。以二穗短柄草作为模式，我们阐述了一个麦类作物特异miRNA的生物学功能，即miR5200通过切割靶成花素基因FT1和FT2 mRNA，参与光周期开花途径（Wu et al., The Plant Cell, 2013）；此外，我们还发现麦类作物FT2 mRNA受选择性剪切加工，在植物年龄的开花路径中发挥重要作用（Qin et al., Nature Communications, 2017），以上研究结果首次阐述了植物成花素基因受转录后水平调控的两种作用机制。近期我们鉴定了一个短日照特异表达的FT同源基因（FT-like 9，FTL9），发现FTL9在短日照条件促进开花，在长日照条件抑制开花。遗传学和生化证据表明，FTL9蛋白是特异控制短日照条件开花的成花素；同时，该研究还鉴定了FTL9的上游作用因子，即正向调控FT1基因表达的CONSTANTS（CO）同源蛋白CO1，同时可以抑制FTL9表达。因而，CO1对不同FTs的双层调控机制，缩短了二穗短柄草在长日照条件下的开花时间。该研究成果不仅揭示了植物开花调控新的分子机制，而且可为指导麦类作物广适性育种提供参考（Qin et al., Nature Communications, 2019）。在今后的研究中，我们一方面将寻找miR5200、FTL9上游调控因子，深究其作用机制，阐述麦类作物光周期开花调控通路；另一方面，鉴定FT2选择剪切蛋白加工复合物，进一步诠释转录后水平调控FT表达来影响麦类作物抽穗时间的生物学意义。这些研究可为将来开展小麦抽穗期育种奠定理论基础。