miRNAs在园艺植物非生物胁迫响应中的作用

王 明 谢 洁 熊兴耀 王万兴 胡新喜，2，3 秦玉芝，2，3*

（1湖南农业大学园艺园林学院，湖南 长沙 410128；2湖南省马铃薯工程技术研究中心；3南方粮油作物协同创新中心；4中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081)

miRNAs在园艺植物非生物胁迫响应中的作用

王 明1谢 洁1熊兴耀4王万兴4胡新喜1，2，3秦玉芝1，2，3*

（1湖南农业大学园艺园林学院，湖南 长沙 410128；2湖南省马铃薯工程技术研究中心；3南方粮油作物协同创新中心；4中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081)

M icroRNAs(miRNAs)是一类内源的长度约为22个核苷酸的非编码小分子RNA，其通过对靶基因mRNA进行切割或翻译抑制调节mRNA的表达,在植物生长发育和环境胁迫响应中起到重要的作用。本文综述了园艺植物miRNA参与非生物胁迫（营养缺乏、盐渍、干旱及低温胁迫等）响应的作用。

植物；miRNA；非生物胁迫；响应；反应机制

1 miRNA在园艺植物生长发育中的功能

miRNA表达是植物正常生长发育所必需的。miRNA通过与靶基因互作参与植物整个生长发育进程调控。miRNA参与植物根、茎、叶、花等生长发育调控的反应机制，调控功能范围广泛，在植物器官分化、形态建成、极性发育、激素信号转导、胁迫响应、抗逆性等方面发挥重要的作用。研究发现，miR159负调控植物MYB家族的MYB33和MYB65的表达，参与花粉囊的形态构成。phv突变体烟草的miR165的功能抑制后，叶和茎维管系统生长发生异常。Liu等研究拟南芥突变体时发现，miR172，miR319，miR159和 miR394的表达受细胞分裂素和乙烯调节。Liu等通过Northern杂交发现，miRNA396在拟南芥叶子中显著表达时，叶子中的保卫细胞数目减少导致气孔密度降低。miR160d与miR396f分别在芦笋雌、雄花中上调表达并负调控生长素响应因子ARFs与生长调节因子GRFs，暗示这2个miRNA很可能与调控决定与雌、雄花分化有关.

2 园艺植物miRNA参与生物胁迫应答

miRNA在园艺植物生物胁迫响应过程中发挥重要作用。研究表明，miRNA参与甘蔗黑穗病菌、黄瓜花叶病毒、马铃薯对黄萎病、马铃薯对晚疫病菌、茄子对黄萎病、苹果对轮纹病、葡萄对白粉病等病害的防御应答。另外，同一园艺植物miRNA对病菌虫害作出的应答也不同，番茄miRNA对灰霉病菌、烟粉虱、黄化曲叶病毒、疫霉的不同应答证实了这一点。

3 园艺植物miRNA参与非生物胁迫应答

3.1 miRNA与养分胁迫

植物低氮胁迫下表达发生变化的miRNA已见报道。通过HiSeq深度检测菊花脑根部和叶片低硝酸盐响应的miRNA发现，差异表达2倍及以上的miRNA分别有82和102个。其中发现与已报道的响应低氮胁迫同家族的miRNA，根部有 miRl69i-3p，miR398a-Sp，叶片中有 miRl 69r-3p和miR393a-3p等。miR169是植物中十分保守的miRNA，低氮胁迫下强烈下调，miR169成员的表达量在低磷的条件下也会减少。通过对根系结构的研究发现，miRNA393过表达植株在低氮处理下影响主根的生长及侧根的萌发和伸长。大豆miR826作为一个新的、受N缺乏诱导表达的miRNA，可能参与调控芥子油苷的生物合成过程。另外，在受N元素缺乏抑制表达的miRNA里，还有15个miRNA分别直接参与了植物P，S和Cu的代谢调控。

3.2 miRNA与干旱胁迫

干旱胁迫下，植物通过细胞对干旱信号的感知和传导、调节基因表达、产生新蛋白质，从而引起一系列复杂的形态、生理生化上的变化。杨江伟通过对降解组测序获得miRNA靶基因进行功能注释，最终鉴定出12个靶基因与干旱相关。其中7个miRNA靶基因获得了5'-RLM-RACE验证。荧光定量PCR表达分析也表明，这些miRNA在马铃薯中响应干旱胁迫。novel4 5’调控区分析发现了响应低温和逆境的顺式作用元件，这一结论与表达谱分析、表达验证结果相吻合共同证明了novel4响应并调控干旱和低温胁迫。miRNAs主要在转录后水平调控，通过特定miRNA对靶基因的作用，促使侧根伸长并降低能量消耗，从而提高对干旱的耐旱性。miRNA和mRNA调控网络分析结果表明，miR166家族、miR2118a-Sp和miR2118b-Sp能够调节G1yma13g23680.1和G1yma02g10320.1基因表达并参与大豆抗旱胁迫应答。受干早胁迫的大豆miR2118至少有4类靶基因。Northern杂交结果显示，大豆miR2118受干旱胁迫诱导表达且具有时空特异性，miR2118先在根中表达，后在茎和叶中高表达。

3.3 miRNA与低温胁迫

园艺植物从分子、细胞、生理和生化水平等多方面做出适应性调整，以抵御和适应低温胁迫。安凤霞研究获得的保守或非保守miRNA在萱草的生长发育以及抵御低温逆境过程中起作用。在低温胁迫下，‘迎霜’和‘白叶1号’中分别有172个差异表达的miRNA被检测到。其中，抗寒品种‘迎霜’中有34个miRNA上调表达，43个miRNA下调表达，而低温敏感品种‘白叶1号’中有50个miRNA上调表达，45个miRNA下调表达。木薯低温诱导miRNA的靶基因功能分析得出7个miRNA均受低温诱导。柑橘中ptf-miR396b通过调节其靶基因Ptr ACO的表达维持乙烯和多胺合成平衡，以调控枳对低温胁迫的响应。在低温胁迫下有20个miRNA在C4的叶和根中表现出不同的表达模式，17个miRNA在KU50不同器官中表现出不同的表达模式；表明这些miRNA表达存在基因型和器官的差异性，推测不同木薯品种(组织)中可能存在不同miRNA相关的耐低温基因。

3.4 miRNA与其它非生物胁迫

miRNA参与重金属、高温、机械力、渍水胁迫等非生物胁迫响应的研究也多见报道。王燕试验里鉴定的萝卜Pb胁迫响应miRNA的靶基因主要参与了逆境相关的信号感知、转导和代谢途径，及与金属离子吸收转运机制。高温处理条件下，沙梨miRNA及调控靶标基因在梨茎尖和基部表达模式与病毒积累量之间的对应分析结果揭示了miRNA参与调控靶标基因在降低梨茎尖病毒浓度过程中具有重要的调控作用。

4 展望

近年来，研究生物胁迫与非生物胁迫下园艺植物miRNA与靶基因的互作关系是生命科学的热点问题，促使实验方法迅速发展，miRNA的功能展现得更完整彻底。miRNA是植物逆境胁迫适应过程中在转录后水平发生调控功能一类内源性的RNA调控因子，它受逆境胁迫所诱导，通过靶基因的切割或翻译抑制调控其下游逆境诱导基因的表达，间接通过信号转导来调控生长代谢影响抵御逆境胁迫。目前，miRNA之间的相互关系以及miRNA与靶基因间的作用机制研究还十分薄弱，相关研究将是今后的研究重点。

国家自然科学基金项目“马铃薯抗寒相关基因表达和M icroRNAs调控模式研究”（31371683），马铃薯m iR 390在响应低温胁迫中的作用机理研究（CX 2017B385）

王明(1994-)，女，湖南岳阳人，硕士研究生，主要研究逆境下M icroRNA与靶基因的互作关系。

*通信作者，秦玉芝(1971-)，女，湖南永顺人，博士，副教授，主要从事逆境生理与蔬菜遗传育种研究。

（责任编辑 张芝）