miR396-GRF模块参与植物逆境胁迫响应的研究进展

miR396-GRF模块是一类新型高效的植物生长发育调控模块。该模块中miR396通过负调控生长调节因子GRF,影响植物生长发育过程中的信号传导通路,并广泛参与植物对干旱、盐害、温度、UV-B等非生物胁迫,以及胞囊线虫和病原菌等造成的生物胁迫的响应过程。本文综述了miR396-GRF模块的调控网络和其参与植物抗逆响应的作用机理,并探讨了相关研究动态及存在的问题,旨在为进一步推动GRF相关研究提供理论参考。     

miR396-GRF模块: 水稻分子育种的新资源

籽粒大小与颖花数量是影响水稻(Oryza sativa)产量的重要因素。miR396-GRF模块在拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻等植物的营养器官和花器官生长发育过程中扮演着多面角色。最近, 中国科学家在miR396-GRF模块调控水稻籽粒大小和穗粒数的分子机理研究方面取得了突破性进展。     

龙眼miR396分子进化特性及响应蓝光的表达分析

关于蓝光对龙眼胚性愈伤组织miRNA组学研究中发现大量响应蓝光的miRNAs,挑选关键且差异表达的miR396a-3p_2和miR396b-5p进行分子进化特性分析,以进一步明确它们在龙眼响应蓝光过程中的作用。该研究对前体和成熟体进化树、前体二级结构、启动子顺式作用元件、靶基因预测及其响应蓝光表达模式等进行分析。结果表明:(1)由5p臂上形成的miR396成熟体序列保守性较高,由3p臂上形成的miR396成熟体序列特异性较大;茎序列的保守性高于环序列,5p臂上保守性高于3p臂。(2)miR396a-3p_2和miR396b-5p的启动子主要包括光、激素、生物和非生物胁迫响应元件,可能通过这些顺式元件在龙眼响应蓝光中起调控作用;其响应蓝光的靶基因或蛋白主要包括生长素调控因子(GRF2)、LRR类受体丝氨酸(FLS2)、乙烯不敏感蛋白(EIN3)和DNA定向RNA聚合酶α亚基(rpoA)等。(3)实时荧光定量PCR结果表明,miR396a-3p_2和miR396b-5p在不同光质的表达模式存在差异;在不同光强的蓝光条件下,miR396b-5p与其靶基因的表达趋势基本呈负相关,而miR396a-3p_2与rpoA的表达趋势未呈负相关,可能存在其他miR396家族成员或miRNAs同时调控,从而实现靶基因转录水平的调控。     

植物miR390的研究进展

MicroRNAs(miRNAs)是真核生物中一类非编码内源小分子RNA,它通过对靶m RNA的剪切或抑制靶m RNA的翻译来调控基因的表达,从而对靶基因实施转录后水平调控,在植物器官形成、生长发育、信号转导及非生物胁迫应答等过程起重要作用。MicroRNA390(miR390)家族是一个古老的高度保守的家族,其主要的靶基因AGO7是RNA沉默复合体的重要组成成分,广泛参与对靶miRNA的剪切,可能在植物的生长发育、侧生器官极性形成、花器官形成及胁迫等方面有重要作用,但是目前对miR390的研究主要集中在植物生长发育方面,在非生物逆境胁迫应答方面鲜有报道。综述了miR390的发现及其在植物中的类型、miR390家族的形成过程及miR390参与植物的生长发育过程和响应重金属、干旱、盐、低温等非生物胁迫的作用,同时对miRNAs功能研究手段作了展望,有利于进一步综合了解miR390的研究概况及对miR390参与非生物胁迫的研究。     

光皮桦miR164及其靶基因NAC1在低氮胁迫中的表达分析

氮是植物生长发育所必需的大量营养元素,植物缺氮后严重影响地上部分生物量的积累,因此,揭示植物如何抵抗或适应低氮胁迫的分子机制具有重要意义。杨树(Populus tremula × P. alba)NAC1(NAM, ATAF, CUC 1)基因位于调控网络上游,在低氮环境下调控下游关键基因的表达,进而调控根系生长以抵抗低氮胁迫。本文以光皮桦(Betula luminifera)G49-3无性系组培苗为材料,探讨了miR164及其靶基因NAC1对低氮胁迫的响应。通过RACE技术克隆了光皮桦NAC1基因(GenBank登录号：KT900889),全长1497 bp,编码358个氨基酸,N端具有高度保守的NAM结构域;运用5′-RACE验证了NAC1为miR164靶基因,切割位点在第10和11位碱基之间;采用qRT-PCR分析miR164与靶基因NAC1在低氮胁迫时的表达模式,发现miR164表达在根中的低氮处理前期(4 d)受到抑制,而后升高,而茎叶中表达模式与根不同;靶基因NAC1与miR164表达水平呈负相关,且在恢复实验组(重新添加全营养液)中,根中miR164表达上升,NAC1显示出相应的表达变化,暗示miR164及其靶基因NAC1可能在低氮胁迫响应中发挥调控功能。本研究结果有助于揭示miR164对NAC1在低氮胁迫响应中转录后水平的分子调控机制,为进一步研究miR164-NAC1在低氮胁迫响应中的功能提供有价值的信息。     

miR396基因家族的进化及功能分析

MicroRNA(miRNA)是由约22个核苷酸组成的内源性非编码小分子RNA,广泛存在于真核细胞中,通过与靶基因的互补配对在转录后水平对基因表达进行调控,导致mRNA的降解或翻译抑制。本文通过对目前miRBase中收录的miR396家族进行生物信息学分析发现,该家族在植物界中高度保守,它们可能起源于较为古老的物种,经历长期复杂的进化过程而保留了下来;靶基因预测结果显示生长调控因子GRF为其主要靶标;启动子分析表明, miR396编码基因的上游存在光、温度、激素、厌氧、干旱及病害等胁迫响应相关的顺式作用元件,它们可与转录因子结合,参与多种胁迫应答反应。本文可为全面深入研究miRNA的作用机制奠定基础。     

miR172-AP2模块调控植物生长发育及逆境响应的研究进展

MicroRNA (miRNA)是一类具有调控能力的非编码小分子RNA, 通过与靶基因mRNA特异或非特异性结合, 诱导靶基因mRNA降解或抑制其翻译, 从而调控植物的生长发育。其中, miR172的靶基因AP2所编码的转录因子为植物所特有, miR172在转录后或翻译水平对AP2进行表达调控, 进而调控植物的花发育、时序转换、小穗形态、块茎和果实发育、结瘤(豆科)以及逆境响应等过程。该文综述了近年来miR172-AP2模块在植物生长发育调控方面的最新研究进展。     

miR398在植物逆境胁迫应答中的作用

MicroRNA (miRNA)是一类新型的调控基因表达的小分子RNA, 它作为基因表达的负调控因子, 在转录后水平调节靶基因的表达。miRNA参与调控植物的生长发育, 并在多种非生物与生物胁迫响应中发挥重要作用。miR398是第一个被报道的受氧化胁迫负调控的miRNA。它通过负调控其靶基因Cu/Zn过氧化物歧化酶(Cu/Zn-superoxide dismutase, CSD)的表达, 在多种逆境胁迫响应中扮演重要角色, 如调节铜代谢平衡, 应答重金属、蔗糖、臭氧等非生物胁迫, 以及参与应答生物胁迫等。文章综述了miR398在多种逆境胁迫响应中重要的调节作用及miR398自身的转录调控。     

miR172-AP2模块调控植物生长发育及逆境响应的研究进展

MicroRNA(miRNA)是一类具有调控能力的非编码小分子RNA,通过与靶基因mRNA特异或非特异性结合,诱导靶基因mRNA降解或抑制其翻译,从而调控植物的生长发育。其中,miR172的靶基因AP2所编码的转录因子为植物所特有,miR172在转录后或翻译水平对AP2进行表达调控,进而调控植物的花发育、时序转换、小穗形态、块茎和果实发育、结瘤(豆科)以及逆境响应等过程。该文综述了近年来miR172-AP2模块在植物生长发育调控方面的最新研究进展。     

miR172参与植物发育调控的研究进展

microRNAs(miRNAs)是一类长度为19-25 nt的非编码小分子RNA,在转录后水平调控植物的生长发育、信号传导及逆境响应等多个过程,现已成为生物学研究的热点。miR172是植物中一个保守的miRNA家族,通过调控APETALA2类基因,在植物的开花诱导、花器官形态建成、果实成熟、叶片和根的生长等各器官的发育过程中起到重要作用。鉴于此,综述了近20年miR172在植物营养器官、生殖器官及其他器官的发育,以及在发育阶段过渡中的功能,讨论了其他因素对miR172的影响,以期为深入解析miR172及其靶基因的作用机理和分子调控网络提供参考。     

microRNA在植物逆境胁迫应答中的作用

逆境胁迫严重影响着全世界范围内的作物产量。为减少逆境胁迫损伤,植物在长期的进化过程中形成了多级别（转录、转录后和翻译、翻译后）的基因表达调控应答机制。最近研究发现,内源microRNA（miRNA）在植物逆境胁迫应答中具有重要的调节作用。在逆境胁迫发生时,一些miRNA会表达上调,而另一些miRNA会表达下调;miRNA正是通过下调胁迫应答过程的负调节子靶基因和上调胁迫应答过程中的正调节子靶基因,来执行生理调控功能。通过综述miRNA在植物逆境应答中的作用,以期全面的了解逆境胁迫调控网络。     

microRNA172参与植物生长发育及逆境响应的研究进展

microRNA(miRNA)是一类长约20~25个核苷酸的非编码小分子RNA,通过和靶基因mRNA上的一些特定序列结合,诱导靶基因mRNA被剪切或抑制其翻译,从而在转录后水平调控植物的生长发育和对逆境的响应。microR172(miR172)是植物中一个保守的miRNA家族,通过靶向调控AP2和AP2-Like基因在植物发育和环境适应中发挥着不可或缺的作用。已有的研究表明,miR172及其靶基因不仅在植物的时序转换中是一个关键调控因子,也在花器官发育、土豆块茎形成、豆科结瘤和逆境响应等过程中发挥着重要调控作用。现将重点阐述这个明星miRNA在植物生长发育及对环境因子应答过程中的研究进展,以期为深入解析miR172靶基因的作用机理和分子调控网络提供参考。     

植物miRNA的分子特征及其在逆境中的响应机制

逆境胁迫是影响植物生长发育、生物产量与品质形成的主要因素之一。通过诱导表达抗逆有关的编码基因与部分非编码基因是植物响应逆境的主要方式。miRNA作为一种非编码基因在植物生长、发育以及抗逆等过程中起重要的调控作用。研究表明:逆境胁迫下miRNA可以形成miRNA诱导沉默复合物(miRNA-induced silencing complex,miRISC),并与靶mRNA互补配对结合,进而引起靶mRNA的降解或者抑制其翻译,从而实现对下游抗逆相关基因表达的调控,最终引起代谢与信号转导途径的变化实现对逆境的响应。本文从植物逆境胁迫下诱导miRNA的产生、靶基因的识别以及作用机制等方面进行了综述。     

无瓣海桑microRNA的鉴定及功能初步分析

探索红树植物无瓣海桑(Sonneratia apetala Buch.-Ham.)microRNA(miRNA)功能,寻找具有生长适应性调控潜能的关键miRNA,为后期功能验证实验及优良品质遗传育种奠定分子基础。本研究以三年生无瓣海桑幼苗为材料,在三代全长转录本基因集的基础上联合二代小RNA(small RNA, sRNA)测序技术及生物信息学分析方法对其进行miRNA挖掘、靶基因预测及功能解析,共鉴定出121个miRNA,包含105个已知miRNA和16个新miRNA,且miRNA表达量分布在7～394 345。通过对miRNA的靶基因进行预测分析,共获得653个miRNA-靶基因关系对,对应108个miRNA和412个靶基因。功能注释分析显示这些靶基因参与各类蛋白合成、转录活性调节、MAPK信号通路和信号转导等生物活动,其中高表达量miRNA对应的靶基因显示出与生长发育、胁迫信号转导、离子转运以及胁迫响应等相关的生物学功能。miR159b-3p＿1、novel＿mir27和novel＿mir29与其靶基因构成的调控网络分别与逆境胁迫、酶活性调节和光合作用密切相关。此外,本研究鉴定出...     

植物逆境miRNA研究进展

包括生物和非生物在内的多种逆境胁迫是植物正常生长和作物产量提高的重要限制性因素。植物在长期的进化过程中, 通过诱导表达某些抵御或防卫途径的关键基因来实现对胁迫的响应。研究表明, 逆境胁迫不仅会诱导植物蛋白质编码基因的表达, 也会诱导一些非蛋白质编码基因的表达, 这类非蛋白质编码基因的表达产物在植物的生长、发育和应对逆境胁迫等过程中起到重要的调控作用。miRNA(小分子RNA)就是这类非蛋白质编码基因产物中的重要类群, 研究发现, 多种逆境均会诱导miRNA的产生, 其作用是通过引导目的基因mRNA的降解和阻止翻译过程来调控靶基因, 最终通过形态或生理上的变化达到对逆境的适应。文章主要对植物逆境胁迫下miRNA的研究, 特别是逆境胁迫诱导miRNA的产生、靶基因调控以及miRNA在植物适应逆境胁迫过程中的作用进行了综述, 同时, 文章还对在逆境胁迫下植物miRNA的研究方法进行了初步的探讨。     

miR160a与其靶基因在西瓜嫁接苗中参与抵御低温胁迫

miR160在许多研究中被报道靶向生长素响应因子(ARF)并参与植物的生长发育,但其在葫芦科作物以及嫁接西瓜耐冷性中的调控机制尚不清晰。本研究利用生物信息学技术对miR160a进行了保守性分析、候选靶基因ARF的预测及验证、结合位点分析以及ARF基因家族的进化分析。本文以西瓜(Citrullus lanatus)为接穗材料,分别以印度南瓜(Cucurbita maxima)、中国南瓜(Cucurbita moschata)和美洲南瓜(Cucurbita pepo)作为嫁接的砧木材料,以C6实生苗为对照,通过8^oC低温处理7 d后统计冷害指数,检测不同组织中miR160a和靶基因ARF的表达情况来探究嫁接西瓜miR160a与其靶基因在抵御低温胁迫中的调控作用。结果表明：嫁接显著提高了西瓜植株的抗冷性,影响了miR160a和其ARF靶基因的表达,并且miR160a与其靶基因整体上呈现负向调控的模式来参与嫁接西瓜抵御低温胁迫的过程。本文为今后深入研究嫁接耐冷体系提供了新的参考依据和研究基础。     

蒙古沙冬青保守microRNAs的鉴定及靶基因预测

蒙古沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)是生长在荒漠中的木本植物, 对于我国西北部干旱、半干旱区域的植被维护与恢复具有重要价值。蒙古沙冬青对干旱、低温等多种逆境具有较高的耐受性, 是研究林木耐受逆境生理与分子机制的合适材料。MicroRNA(miRNA)是一类长度约为21个核苷酸的内源性非编码小分子RNA, 在植物生长发育和逆境应答等生物学过程中发挥着重要的调控作用。目前, 许多植物物种的miRNAs已经获得鉴定, 但未见蒙古沙冬青miRNAs的相关报道。文章应用高通量测序和生物信息学分析方法对蒙古沙冬青幼苗保守miRNAs的类型、表达丰度以及靶基因进行了分析和预测。共鉴定了10个家族的19种保守miRNAs, 其表达丰度介于55~1920269个拷贝之间。通过在线软件psRNATarget预测了其中14个保守miRNAs的靶基因。对于这些靶基因的功能分析表明, 蒙古沙冬青的保守miRNA主要通过转录调控、激素信号途径、物质代谢和胁迫应答等生物学过程参与植物生长发育和环境响应。     

基因芯片研究植物逆境基因表达新进展

逆境胁迫影响植物的正常生长, 导致作物减产, 甚至绝收。提高作物的抗逆性一直是作物遗传育种学家追求的目标, 大量研究也正试图揭示这一复杂的生物学机制。传统的从生理生化水平到单一基因的研究都难以揭示植物复杂的抗逆机制, 而基因芯片(Gene chip)的应用使得这一目标成为了可能, 基因芯片从整个转录水平入手, 能够揭示大量基因的表达和调控情况, 同时结合蛋白质组学和代谢组学的研究方法, 将基因定位于代谢途径的某个位置, 寻找逆境胁迫响应的关键基因, 完善植物逆境胁迫响应的分子网络, 为今后利用生物技术手段提高作物抗逆境胁迫能力提供依据。文章主要对近年来基因芯片在植物逆境胁迫基因表达研究中的进展进行了综述。     

龙眼DCL家族基因的启动子分析及时空表达

为了解龙眼DCL基因的功能,该试验对龙眼基因组数据提取的DlDCL1、DlDCL2、DlDCL3和DlDCL4基因序列进行启动子顺式作用元件及其受miRNA调控的分析;并以龙眼胚性愈伤组织为材料,研究了DlDCLs不同基因成员在非生物胁迫和外源激素处理下的表达情况。结果显示:(1)龙眼DCL基因启动子中除了TATA和CAAT外,还具有大量的光反应元件、激素应答元件、胁迫响应元件、组织特异性调控元件及植物生长发育相关的顺式调控元件,提示龙眼DCL基因启动子转录活性可能受到光、激素信号及逆境胁迫因素的诱导。(2)对调控龙眼DCL基因的miRNA进行筛选,结果显示DlDCL1受miR162和miR1024调控,DlDCL4受miR390和miR396调控。(3)实时荧光定量PCR显示,在一定浓度范围内,外源激素GA3、ABA和ETH均能下调DlDCLs基因的表达,而高浓度ETH处理则显著上调DlDCLs的表达。(4)高浓度蔗糖(6%)处理时DlDCL2、DlDCL3和DlDCL4显著上调表达,而低浓度(0.1%)处理时DlDCL1显著上调表达;不同温度处理下,DlDCL1在34℃时显著上升,DlDCL3随着温度的提高相对表达量逐渐减低;而DlDCL2和DlDCL4表达量差异不明显;NaCl胁迫处理下,DlDCLs在1h处理时表达量下调,但在其他不同时间点则上调表达。研究表明,龙眼DCL基因在外源激素及非生物胁迫处理下,并非是简单的一对一响应,而是存在较为复杂的响应机制。