植物miR396-GRF模块的生物学功能及其潜在应用价值

miR396是植物中一种保守的microRNA,生长调节因子(growth regulatory factor,GRF)基因已在多个物种中被证实是其作用的主要靶基因。目前的研究报道显示,miR396介导的靶基因GRF调控途径(miR396-GRF),已在利用分子育种技术进行植物品种改良,及提升植物组织材料再生效率方面展露出了诱人的应用潜力。本文分析了miR396和GRF基因的序列特点;阐明了miR396-GRF模块的具体互作模式;并着重介绍了近年来miR396-GRF模块在调控植物生长发育、逆境胁迫响应和影响植物组织再生效率方面的生物学功能研究进展,也收集了miR396-GRF模块提高植物生物量及作物产量、改善植物逆境胁迫耐受能力及提高植物材料在遗传转化过程中再生效率方面的研究案例;最后,总结了目前关于miR396-GRF模块发挥生物学功能的分子机制研究概况,旨为进一步深入研究miR396-GRF途径提供思路和参考。     

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。     

miR482介导的植物生物胁迫响应

植物在生长发育过程中会遇到各种生物胁迫,根据响应过程的不同,可将之分为基于蛋白质的生物胁迫和基于RNA的生物胁迫。miR482是一种植物特有的、已在23个物种中被证实存在的小RNA。miR482参与指导植物次级phasiRNA的合成,其主要靶标为植物庞大的Ⅳ=日§三R尺类家族抗病基因。本文通过整理近年来ETI（effector-triggeredimmunity）相关的NBS-LRR类抗病基因和抗RNA沉默抑制相关miR482级联调控的研究成果,总结出了miR482介导植物两类生物胁迫响应的调控机制。     

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。     

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。     

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。     

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。     

植物调控枢纽miR156及其靶基因SPL家族研究进展

SPL(SQUAMOSA promoter binding like)家族蛋白是植物特有的一类具有多功能的转录因子家族。在拟南芥中,SPL家族的11个基因受miR156的调控。该家族成员蛋白质都含有十分保守的SBP结构域,该结构域包含2个Zn2+结合位点和1个核定位信号序列。近年来,已从多种植物中分离出miR156及SPL基因。越来越多的研究表明,miR156及SPL家族参与了植物的生长发育、代谢调节及非生物胁迫等多种生物过程,成为植物生长发育的调控枢纽。本文综述了miR156及SPL家族在阶段转变、叶片发育、次生代谢及非生物胁迫等过程中的分子机制,并对其研究前景提出展望。     

WRKY对糖调控园艺作物冷适应的研究进展

植物的糖既能参与细胞的碳和能量代谢,又能作为信号分子促进植株生长发育并参与调控植物对逆境胁迫的响应。目前诸多研究表明抗寒锻炼中可溶性糖的积累有助于保护植物抵御冻害,黄瓜等园艺作物的抗冷性在外源施糖后提高,但具体机制尚未明确。糖能够促进植株通过表观形态、生理生化及分子水平等方面对非生物逆境胁迫响应、调控植株的抗性。糖代谢过程与脱落酸(ABA)等植物激素的调控密切相关。WRKY作为ABA相关逆境应答信号通路中的核心转录因子,同是糖代谢调控机制中的重要因子,或许在响应冷胁迫的相关代谢机制中参与发挥着重要作用。综述了糖对园艺作物冷适应的响应及调控的分子机理,并分析讨论了WRKY家族对园艺植物糖调控冷适应效应响应的机理。     

The Arabidopsis microRNA396-GRF1/GRF3 regulatory module acts as a developmental regulator in the reprogramming of root cells during cyst nematode infection

The syncytium is a unique plant root organ whose differentiation is induced by plant-parasitic cyst nematodes to create a source of nourishment. Syncytium formation involves the redifferentiation and fusion of hundreds of root cells. The underlying regulatory networks that control this unique change of plant cell fate are not understood. Here, we report that a strong down-regulation of Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) microRNA396 (miR396) in cells giving rise to the syncytium coincides with the initiation of the syncytial induction/formation phase and that specific miR396 up-regulation in the developed syncytium marks the beginning of the maintenance phase, when no new cells are incorporated into the syncytium. In addition, our results show that miR396 in fact has a role in the transition from one phase to the other. Expression modulations of miR396 and its Growth-Regulating Factor (GRF) target genes resulted in reduced syncytium size and arrested nematode development. Furthermore, genome-wide expression profiling revealed that the miR396-GRF regulatory system can alter the expression of 44% of the more than 7,000 genes reported to change expression in the Arabidopsis syncytium. Thus, miR396 represents a key regulator for the reprogramming of root cells. As such, this regulatory unit represents a powerful molecular target for the parasitic animal to modulate plant cells and force them into novel developmental pathways.     

MiR396 regulatory network and its expression during grain development in wheat

Wheat contains the largest number of miR396 family with 17 miR396 in Poaceae. MiR396 regulatory network underlying wheat grain development has not comprehensively been explored. Our results showed that precursor miR396 family in Poaceae exhibited not only conservativeness but also diversification especially in wheat. Five haplotypes were detected in Poaceae species, while 4 haplotypes in wheat with Hap-4 (miR396a) and Hap-5 (miR396n) unique to wheat. GO enrichment analysis of target genes showed that the first 20 enrichment functions of miR396a and miR396n are completely different from each other, and also completely different from miR396(b–g), miR396(h–m), and miR396(o–q). Functional annotation on the 18 target genes shared by miR396(b–g), miR396(h–m), and miR396(o–q) found that 11 of the 18 target genes are growth-regulating factor (GRF) genes. Our results indicated that, during the grain filling stage of wheat, miR396 is involved in the development of grains by regulating the expression of GRF genes (GRF1, GRF6, and GRF9). Although the enrichment function of miR396(b–g), miR396(h–m), and miR396(o–q) is the same, the gene functional networks they formed differ greatly. Our results indicated that polyploidization enriches not only the diversity of miR396 family and its target genes but also gene functional networks in wheat. These results laid foundation for further elucidating function of miR396 gene family underlying wheat grain development.

     

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。