人工合成的小分子调节肽喷洒后可改善作物农艺性状

导读

microRNA编码的小肽(miPEPs)是由microRNAs的初级转录本(pri-miRNAs)编码的小分子调节肽。在植物中，它们激活同源miRNA的转录。目前研究表明，应用化学合成的miPEP可以改善作物农艺性状的潜力，且使用方便，具有重要的应用价值。

        6月26日，法国的研究人员在Plant Biotechnology Journal 上在线发表了题为“Use of microRNA-encoded peptides to improve agronomic traits”的文章，作者在拟南芥中开发了一条筛选拟南芥miPEPs的试验体系，并在在甘蓝和杂草中鉴定同源物并验证其功能，同时通过植物浇水这种简单外部施用miPEPs可以直接促进作物生长或以物种特异性的方式减少杂草的发育。

作者重点鉴定了调控拟南芥根发育的miPEPs。为了将研究结果从拟南芥转移到其他具有农学意义的物种，缩小了对大多数植物中存在的miRNAs(保守的miRNAs)的分析范围。第一步包括通过杂交来自EST序列(www.ncbi.nlm.nih.gov/GenBank/)、Illumina RNA-seq数据、RACE-PCR数据）的数据来鉴定拟南芥pri-miRNAs。先前的几个例子证明，转录起始点之后的第一个ORF对应于编码能够增加pri-miRNA表达的miPEP的翻译ORF。因此，作者选择每个已鉴定的pri-miRNA的第一个ORF作为高置信度候选来产生功能性miPEP，并合成了87个对应于87个保守的拟南芥miRNAs的miPEP，范围从MIR156a到miR399f。

作者使用离体方法通过测量总根发育来监测多肽处理后幼苗根的发育。作为对照，使用了水、0.5%的乙腈和一种不相关的由随机的10个氨基酸组成的肽。在这些条件下，作者在87个测试中确定了23个miPEP显著调节整个根的发育(图1A)。有趣的是，23种mimiPEP中的大多数对根的生长都有抑制作用，没有表现出任何明显的毒性。随后，作者集中研究了在对生长影响最大的两个miPEP上AtmiPEP164b和AtmiPEP397a分别作为根生长的抑制剂和激活剂(图2)。发现这些miPEP能够增加其新生的pri-miRNAs的表达，并相应地降低各自的miRNA靶基因的表达。

随后，作者在甘蓝（Brassica oleracea）和杂草（Barbarea vulgaris）基因组上寻找相应的pre-miRNA，并通过第一个ORF的鉴定确定了甘蓝和普通甘蓝中的miPEP。实验表明BvmiPEP164b能够降低杂草根系发育，而BomiPEP397a能够促进甘蓝根系发育，表明miPEPs在物种间表现出了显著的功能保守。外施试验表明，用含有BvmiPEP164b合成肽的溶液浇水，杂草植株叶面积下降了21%，而用含有BomiPEP397a合成肽的溶液浇水，甘蓝植株叶面积上升了36%。

综上，该研究表明小分子调节肽具有调控植物农艺性状的作用，未来几种多肽的混合物（鸡尾酒）的外施可用来改善作物的发育和对逆境的抵抗力。

来源：植物生物学