mirnas在園藝植物非生物脅迫響應(yīng)中的作用

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1、miRNAs在園藝植物非生物脅迫響應(yīng)中的作用王明謝潔熊興耀王萬興胡新喜秦玉芝湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所湖南省馬鈴薯工程技術(shù)研究中心南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心摘要：MicroRNAs(miRNAs)是一類內(nèi)源的長度約為22個(gè)核昔酸的非編碼小分子RM,其通過對(duì)靶基因mRNA進(jìn)彳亍切割或翻譯抑制調(diào)節(jié)mRNA的表達(dá)，在植物生長發(fā)育和環(huán)境脅迫響應(yīng)中起到重要的作用。本文綜述了園藝植物rniRNA參與非生物脅迫(營養(yǎng)缺乏、鹽漬、干旱及低溫脅迫等)響應(yīng)的作用。關(guān)鍵詞：植物;miRNA;非生物脅迫;響應(yīng);反應(yīng)機(jī)制;作者簡介：王明(1994-)，女，湖南岳陽人，碩士研

2、究生，主要研究逆境下MicroRNA與靶基因的互作關(guān)系。作者簡介：秦玉芝(1971-)，女，湖南永順人，博士，副教授，主要從事逆境生理與蔬菜遺傳育種研究。基金：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“馬鈴薯抗寒相關(guān)基因表達(dá)和MicroRMs調(diào)控模式研究”(31371683),馬鈴薯miR390在響應(yīng)低溫脅迫屮的作用機(jī)理研究(CX2017B385)1miRNA在園藝植物生長發(fā)育中的功能miRNA表達(dá)是植物正常生長發(fā)育所必需的。miRNA通過與靶基因互作參與植物整個(gè)生長發(fā)育進(jìn)程調(diào)控。miRNA參與植物根、莖、葉、花等生長發(fā)育調(diào)控的反應(yīng)機(jī)制，調(diào)控功能范圍廣泛，在植物器官分化、形態(tài)建成、極性發(fā)育、

3、激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、脅迫響應(yīng)、抗逆性等方面發(fā)揮重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，miR159負(fù)調(diào)控植物MYB家族的MYB33和MYB65的表達(dá)，參與花粉囊的形態(tài)構(gòu)成。phv突變體煙草的miR165的功能抑制后，葉和莖維管系統(tǒng)生長發(fā)生異常。Liu等研究擬南芥突變體時(shí)發(fā)現(xiàn),miR172,miR319,miR159和miR394的表達(dá)受細(xì)胞分裂素和乙烯調(diào)節(jié)。Liu等通過Northern雜交發(fā)現(xiàn)，miR-NA396在擬南芥葉子中顯著表達(dá)吋，葉子中的保衛(wèi)細(xì)胞數(shù)目減少導(dǎo)致氣孔密度降低。miR160d與miR396f分別在蘆筍雌、雄花屮上調(diào)表達(dá)并負(fù)調(diào)控生長素響應(yīng)因子ARFs與生長調(diào)節(jié)因子GRFs,暗示這

4、2個(gè)miRNA很可能與調(diào)控決定與雌、雄花分化有關(guān).2園藝植物miRNA參與生物脅迫應(yīng)答miR7A在園藝植物牛物脅迫響應(yīng)過程中發(fā)揮重要作用。研究表明，miR7A參與甘蔗黑穗病菌、黃瓜花葉病毒、馬鈴薯對(duì)黃萎病、馬鈴薯對(duì)晚疫病菌、茄子對(duì)黃萎病、蘋果對(duì)輪紋病、葡萄對(duì)口粉病等病害的防御應(yīng)答。另外，同一園藝植物miRNA對(duì)病菌蟲害作出的應(yīng)答也不同，番茄miRNA對(duì)灰霉病菌、煙粉虱、黃化曲葉病毒、疫霉的不同應(yīng)答證實(shí)了這一點(diǎn)。3園藝植物miRNA參與非生物脅迫應(yīng)答3.1miRNA與養(yǎng)分脅迫植物低氮脅迫下表達(dá)發(fā)生變化的miRNA已見報(bào)道。通過HiSeq深度檢測菊花腦根部和葉片低硝酸鹽響應(yīng)的

5、miR-NA發(fā)現(xiàn)，差異表達(dá)2倍及以上的miRNA分別有82和102個(gè)。其中發(fā)現(xiàn)與已報(bào)道的響應(yīng)低氮脅迫同家族的miRNA,根部有miR169i-3p,miR398a~Sp,葉片中有miR169r-3p和miR393a-3p等。miR169是植物屮十分保守的miRNA,低氮脅迫下強(qiáng)烈下調(diào)，miR169成員的表達(dá)量在低磷的條件下也會(huì)減少。通過對(duì)根系結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，miRNA393過表達(dá)植株在低氮處理下影響主根的生長及側(cè)根的萌發(fā)和伸長。大豆miR826作為一個(gè)新的、受N缺乏誘導(dǎo)表達(dá)的miRNA,可能參與調(diào)控芥子油昔的牛物合成過程。另外，在受N元素缺乏抑制表達(dá)的miRM里，還有15

6、個(gè)miRM分別直接參與了植物P,S和Cu的代謝調(diào)控。3.2miRNA與干旱脅迫干旱脅迫下，植物通過細(xì)胞對(duì)干旱信號(hào)的感知和傳導(dǎo)、調(diào)節(jié)基因表達(dá)、產(chǎn)生新蛋白質(zhì)，從而引起一系列復(fù)雜的形態(tài)、牛理?；系淖兓?。楊江偉通過對(duì)降解組測序獲得miRM靶基因進(jìn)行功能注釋，最終鑒定出12個(gè)靶基因與干旱相關(guān)。其中7個(gè)miRNA靶基因獲得了5,-RLM-RACE驗(yàn)證。熒光定量PCR表達(dá)分析也表明，這些miRNA在馬鈴薯中響應(yīng)干旱脅迫。novcl45’調(diào)控區(qū)分析發(fā)現(xiàn)了響應(yīng)低溫和逆境的順式作用元件，這一結(jié)論與表達(dá)譜分析、表達(dá)騎證結(jié)果相吻合共同證明了novel4響應(yīng)并調(diào)控干旱和低溫脅迫。miRNAs主要

7、在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控，通過特定miRM對(duì)靶基因的作用，促使側(cè)根伸長并降低能量消耗，從而提高對(duì)干旱的耐旱性。miRNA和mRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果表明，miR166家族、miR2118a-Sp和miR2118b-Sp能夠調(diào)節(jié)Glymal3g23680.1和Glyma02gl0320.1基因表達(dá)并參與大豆抗旱脅迫應(yīng)答。受干早脅迫的大豆miR2118至少有4類靶基因。Northern雜交結(jié)果顯示，大豆miR2118受干旱脅迫誘導(dǎo)表達(dá)且具有時(shí)空特異性,miR2118先在根中表達(dá)，后在莖和葉中咼表達(dá)。3.3miRNA與低溫脅迫園藝植物從分子、