Aplikasi mimik sasaran tandem pendek (SSTM) bagi menindas aktiviti miRNA dalam biosintesis terpenoid plastid dan fotosintesis arabidopsis

Abstract

Terpenoid plastid tumbuhan dihasilkan melalui tapak jalan 2-C-metil-D-erithritol-4-fosfat (MEP). Walaubagaimanapun, tiada laporan setakat ini mengenai kesan penindasan mikroRNA (miRNA) terhadap tapak jalan ini, terutamanya dalam pengawalaturannya pada penghasilan klorofil dan karotenoid. Kajian ini bertujuan meneroka bagaimana miRNA mengawal atur dua gen utama dalam tapak jalan MEP yang juga terlibat dalam penghasilan klorofil dan karotenoid iaitu 1-DEOXY-DXYLULOSE-5-PHOSPHATE SYNTHASE 1 (DXS1) dan GERANYLGERANYL DIPHOSPHATE SYNTHASE 2 (GGPPS2). Melalui analisis in silico, ath-miR826b telah dikenal pasti menyasarkan DXS1, manakala ath-miR2937 pula menyasarkan GGPPS2. Oleh itu, teknologi mimik sasaran tandem pendek (STTM) telah digunakan dalam Arabidopsis untuk menindas pengekspresan miR826b dan miR2937. Arabidopsis-STTM826b menunjukkan penurunan pengekspresan miR826b kepada 0.27 gandaan berbanding jenis liar (WT), sementara Arabidopsis-STTM2937 pula menunjukkan penurunan pengekspresan miR2937 kepada 0.15 gandaan. Sementara itu, Arabidopsis-STTM826b+2937 pula menunjukkan penurunan pengekspresan miR826b kepada 0.21 gandaan dan miR2937 kepada 0.10 gandaan. Menariknya, penindasan miR826b telah meningkatkan pengekspresan DXS1 manakala penindasan miR2937 pula meningkatkan pengekspresan GGPPS2. Penindasan miR826b dan miR2937 secara berturut pula meningkatkan kedua-dua transkrip sasaran ini. Di samping itu, kandungan klorofil dan karotenoid serta diikuti dengan kadar fotosintesis dalam Arabidopsis-STTM telah meningkat. Kajian mendapati bahawa peningkatan ini seiring dengan kandungan prekursor terpenoid yang lebih tinggi dalam Arabidopsis-STTM iaitu geranilgeranil difosfat (GGPP), dengan Arabidopsis-STTM826b mencatatkan 90.24 ppm, STTM2937 pula 168.50 ppm dan STTM826b+2937 pada 250.0 ppm, berbanding hanya 51.81 ppm dalam WT. Ini menunjukkan bahawa peningkatan pengekspresan DXS1 dan GGPPS2 telah meningkatkan aktiviti penghasilan prekursor terpenoid plastid dalam tapak jalan MEP. Selain itu, Arabidopsis-STTM juga menunjukkan adaptasi yang positif terhadap perubahan cahaya persekitaran walaupun aktiviti MEP terganggu. Arabidopsis-STTM826b dan STTM826b+2937 telah meningkatkan kandungan karotenoid dalam cahaya keamatan tinggi, manakala dalam keadaan gelap, transgenik ini menstabilkan kandungan klorofil agar bertahan lebih lama. Penstabilan pigmen fotosintesis dalam pelbagai keadaan cahaya membantu Arabidopsis-STTM mengekalkan kesihatan tumbuhan dengan menstabilkan komponen fotosintesis. Kesimpulannya, penindasan miR826b dan miR2937 oleh STTM membantu dalam memahami peranan miRNA terhadap pengawalaturan MEP di bawah keadaan cahaya normal, keamatan tinggi dan kegelapan. Kajian ini menunjukkan bahawa penindasan kedua-dua miRNA dapat mempengaruhi tapak jalan MEP, sekali gus membuka ruang untuk penyelidikan lanjut mengenai terpenoid plastid dan fotosintesis dalam tumbuhan.