Kao važan izvorni organ, listovi su glavno mesto fotosinteze u biljkama, a analiza razvojnog procesa listova može pomoći da se poboljša fotosintetički kapacitet za asimilaciju biljaka.
Biljke iz roda Populus (Populus spp.) imaju široku primenu širom sveta u oblasti životne sredine, agrošumarstva i industrije. Topola nije samo vrsta hortikulturnog ozelenjavanja u savremenim gradovima, već i uzorna vrsta za fiziološka i ekološka proučavanja.
Trenutno, studije o fazama razvoja lišća topole nisu prijavljene. Koristeći tehnologiju sekvencioniranja visoke propusnosti, redovne promene u ekspresiji gena i miRNA tokom razvoja lišća topole, izgradnja dinamičke regulatorne mreže transkriptoma životnog ciklusa lista topole i analiza ključnih regulatornih faktora koji utiču na rast i razvoj listova pomoći će razumevanju zakon ekspresije gena razvoja listova i daju efikasnu referencu za kasniji molekularni dizajn i oplemenjivanje.
Članak „Prostornovremenska miRNA i transkriptomska mreža dinamički regulišu procese razvoja i starenja lišća topole“, objavljen je u Horticulture Research.
Istraživači su otkrili da je razvojni proces lišća topole podeljen na pet perioda.
U periodu ćelijske geneze i funkcionalne diferencijacije juvenilnih listova (pozicija lista 1), ekspresija gena vezanih za ćelijski rast i deobu listova je veća; tokom perioda razvoja juvenilnog lišća i početnog formiranja fotosintetskog kapaciteta (pozicije lista 3-7), smanjuje se ekspresija gena vezanih za rast i deobu ćelije; u periodu najjačeg fotosintetskog kapaciteta funkcionalnih listova (pozicije lista 9-13) fotosinteza i hlorofil su smanjeni.
U periodu najjačeg fotosintetskog kapaciteta funkcionalnih listova (pozicije listova 9-13), fotosinteza i hlorofil su smanjeni), ekspresija gena fotosinteze i puta metabolizma hlorofila postepeno se povećava; tokom perioda opadanja fotosintetskog kapaciteta funkcionalnih listova (pozicija lista 15-27), došlo je do smanjenja ekspresije gena povezanih sa fotosintezom, postepenog povećanja ekspresije faktora starenja, a postepenog opadanja brzine fotosinteze.
U periodu starenja listova (pozicija lista 29) ekspresija faktora starenja i gena vezanih za puteve ubikvitilizacije proteina bila je najveća, a stopa fotosinteze je opala na najniži nivo u ovom trenutku.
Ekspresija faktora starenja i gena vezanih za ubikvitinaciju proteina bila je relativno najveća tokom perioda lišća starenja (29. pozicija lista), a stopa fotosinteze je takođe pala na najniži nivo u to vreme.
Stoga su miRNA i faktori transkripcije uključeni u regulaciju rasta i razvoja listova u različitim periodima pokazali obrasce ekspresije specifične za period. Među njima, GRF9, GRF12, KNAT7 i TCP4 imaju ulogu promovisanja rasta i morfogeneze lista, a ekspresija srodnih transkripcionih faktora i njihovih regulisanih funkcionalnih gena postepeno se smanjuje kako je razvoj lista bio regulisan miR396, miR159 i drugim faktorima.
Dok su MIB5, SPL4, LRL3 i VRKI23 uključeni u regulaciju starenja ćelija lista, degradaciju hlorofila i druge biološke procese, pošto razvoj lista regulišu miR399, miR156 i drugi faktori, ekspresija srodnih faktora transkripcije i njihovih regulisanih funkcionalnih gena postepeno povećan sa MIB5, SPL kao jezgrom regulatorne mreže.
Ključna pozicija MIB5 u regulisanju sinteze pigmenta ustanovljena je konstruisanjem regulatorne mreže ekspresije gena, a verifikovana je fenotipom linija prekomerne ekspresije MIB5.
Rezultati pomažu da se produbi razumevanje procesa rasta i razvoja lišća topole i njegovog regulatornog mehanizma, i daju novi pravac za oplemenjivanje molekularnog dizajna kako bi se usporilo starenje listova, povećala maksimalna stopa fotosinteze listova i povećao najveći fotosintetski period.
