MicroRNA在高等植物逆境响应中的作用机制研究进展

microRNA（miRNA）是一类20~24bp的内源性小分子非编码RNA,广泛存在于真核生物中。成熟的miRNA通过与靶基因较保守的互补位点配对结合,在转录后水平负调控靶基因的表达,参与植物的生长发育、信号转导和逆境响应等过程。本文综述了植物在生物胁迫和非生物胁迫（重金属、干旱、低温、盐、热）响应中miRNA的作用及其调节机理研究进展,指出存在问题并进行展望。     

雌雄蕊原基分化期低温胁迫下2个小麦品种幼穗miRNA表达谱分析

为探讨春季低温(倒春寒)胁迫下抗倒春寒能力不同的小麦品种相关miRNA及其响应规律,提供miRNA的表达谱和差异表达miRNA的信息,揭示差异表达miRNA在小麦抗倒春寒中的作用,采用高通量测序(Small RNA-seq)技术对雌雄蕊原基分化期0℃低温胁迫72 h及未低温处理(对照)的矮抗58(AK58)和郑麦366(ZM366)幼穗进行测序,通过生物信息学分析,以padj0.05且|log_2(Fold_change)|≥1为条件,筛选低温胁迫下差异表达显著的miRNA,利用psRobot(v1.2)对差异表达miRNA靶基因进行预测,然后对差异表达显著miRNA的靶基因进行GO富集分析和KEGG Pathway分析。结果表明,小麦幼穗测序共鉴定到112类miRNA,分属于38个不同的MIRNA家族。AK58、ZM366分别鉴定出85,88个差异表达miRNA,AK58有27个miRNA表达有显著差异,其中23个显著上调表达,4个显著下调表达,差异表达极显著的miRNA为2个,分别是tae-miR9672b、tae-miR9672a-3p; ZM366有48个差异表达显著的miRNA,13个显著上调表达,35个显著下调表达,差异表达极显著的miRNA为4个,分别为tae-miR9672b、tae-miR9672a-3p、tae-miR6201、tae-miR9674b-5p。对低温胁迫下AK58与ZM366差异表达的miRNA进行靶基因预测,AK58 85个差异表达miRNA对应848个靶基因;ZM366 88个差异表达miRNA对应6 537个靶基因。GO功能富集分析结果显示,AK58差异表达miRNA靶基因有20个生物学过程、6个细胞成分、6个分子功能类别极显著富集(FDR0.01);ZM366有10个生物学过程、14个细胞成分、19个分子功能类别极显著富集(FDR0.01)。对2个小麦品种幼穗中差异表达miRNA靶基因进行KEGG代谢通路(Pathway)富集分析,AK58差异表达miRNA靶基因显著富集(P0.05)到RNA聚合酶,嘌呤代谢,嘧啶代谢,光合生物固碳途径,自噬,托烷、哌啶和吡啶生物碱的生物合成,核苷酸切除修复,错配修复,DNA复制,核糖体,烟酸和烟酰胺代谢11个代谢通路;ZM366差异表达miRNA靶基因显著富集(P0.05)在植物-病原互作,植物昼夜节律,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解,细胞周期,苯丙氨酸代谢,苯丙烷生物合成,RNA聚合酶,植物激素信号转导,氰胺酸代谢,次生代谢产物的生物合成,光合生物中碳固定,丙酮酸代谢,类胡萝卜素生物合成13个代谢通路。miRNA调控mRNA参与小麦应答低温胁迫中,小麦可能通过miRNA171a、miRNA156、miRNA398等多个miRNA的介导调控来抵御倒春寒胁迫,植物昼夜节律代谢途径可能与低温胁迫密切相关。2个小麦品种抗倒春寒能力不同的原因可能与miRNA调控光形态建成转导途径和开花过程的靶基因表达模式不同有关。     

木本植物miRNAs参与环境胁迫应答的研究进展

MicroRNA (miRNA)是一种广泛存在于植物中,长度约为21～24个核苷酸的单链内源性非编码RNA。研究证实,miRNA通过对靶基因的剪切或抑制来实现转录后水平上的负调控,并在植物的生长发育、形态建设、信号传导以及环境胁迫响应中都发挥着重要的调控作用。与此同时,随着高通量测序和生物信息学的快速发展,大量miRNAs正不断被发现,miRNAs已成为当前植物分子生物学领域的研究热点之一。本研究首先简述了miRNA的形成过程及鉴定、表达量分析以及靶基因预测与验证的方法,其次重点综述了非生物胁迫和生物胁迫下木本植物miRNAs参与环境胁迫应答的研究现状,最后讨论了木本植物miRNAs今后的研究方向,以期为研究木本植物miRNAs参与调控植物抗逆应答的分子机理提供一些参考。     

杨树响应细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因预测及分析

欧美杨细菌性溃疡病是由Lonsdalea quercina subsp. Populi引起的枝干病害,给杨树的生长和生存带来极大危害。miRNA是植物响应逆境胁迫的重要调控分子,为鉴定杨树中响应欧美杨细菌性溃疡病菌侵染的miRNA靶基因,以期为林木抗病分子育种提供新的候选基因,本研究以miRBase数据库中杨树全部miRNA成熟序列为探针,对‘中林46’杨接种细菌性溃疡病后的差异表达基因进行了miRNA的靶基因预测。共筛选出杨树127个miRNA家族的276个miRNA对应的566个靶基因,涉及植物病原互作、植物激素信号传导和苯丙素生物合成等多个途径,表明miRNA参与了杨树对细菌性溃疡病菌侵染的响应。结合靶基因的GO分析、KEGG通路富集和基因功能注释,发现miR482、miR6459、miR7812、miR7835和miR396等通过靶定RPS2、NBS-LRR、AUX1、CCR、Ca2+跨膜运输蛋白编码基因,参与调控杨树对病菌侵染的响应。miR7835靶定的9个差异表达基因中有6个基因均编码苯丙素生物合成途径通路中的CCR酶,推测其可能影响杨树木质素合成,进而参与杨树对病菌侵染的防御反应。本研究发现的miRNA:mRNA调控基因对,丰富了林木抗病分子育种的基因资源,为林木抗病分子调控机制的研究提供了新的线索。     

miRNA在调控植物种子发育及响应非生物胁迫中的研究进展

microRNA(miRNA)是一类内源性小分子非编码RNA，它通过引导mRNA的裂解或抑制翻译调控靶基因在植物种子发育和响应非生物胁迫过程中起着关键作用。为了进一步鉴定和明确与种子发育及响应非生物胁迫相关的miRNAs功能和调控机制，归纳了植物中参与种子胚和胚乳发育调控及响应低温、盐、干旱等非生物胁迫的miRNAs类型、靶基因及功能。miRNA在进化上高度保守，其表达在生物发育过程中具有明显的组织特异性和时间特异性，但在不同植物之间又有着相似性。然而，目前miRNAs生物发生和功能的调控因子是如何在转录或转录后被调控的以及miRNAs是如何利用转录裂解和翻译抑制机制来调控其靶点的还有待进一步阐明。未来对这些问题的研究不仅能为植物种子发育和植物响应非生物胁迫机制提供新的见解，而且能为基因的转录后调控研究提供更多的思路。     

盐、干旱胁迫下水稻相关miRNA的鉴定及表达分析

为鉴定水稻盐和干旱胁迫下相关miRNA及其响应规律,以三叶一心水稻幼苗为材料,采用实时定量PCR的方法研究了盐(Na Cl)和干旱胁迫(PEG)0,3,6,12,24,48 h后10个miRNA及其靶基因的响应。结果表明,miRNA在盐和干旱胁迫下均存在时序性和组织特异性表达。盐胁迫处理下随处理时间的增加,miR156、miR164、miR167、miR169、miR171在根部的表达量呈上调趋势,miR159、miR160、miR319、miR398、miR1848在处理后3 h呈下调趋势,而后呈上调趋势;且在处理后3 h或6 h时所有miRNA均在地上部的表达量均最低。干旱胁迫处理后,根部miRNA随处理时间的增加基本表现为下降趋势;地上部随处理时间的延长,miR156、miR159、miR160、miR171的表达量呈先下降后维持在较低水平,而miR164、miR167、miR169、miR319、miR398、miR1848的表达量呈下调的趋势。miRNA靶基因的表达也存在明显的组织特异性和时序性,且仅少数miRNA与其靶基因的表达量呈负相关关系,证明miRNA通过调节其靶基因参与植物逆境响应及其调控网络的复杂性。     

亚砷酸盐胁迫下水稻microRNA的应答功能及调控通路分析

为明确砷胁迫下microRNA的应答功能及调控通路,本研究利用miRNA芯片检测水稻幼苗在亚砷酸盐胁迫后miRNA的表达差异。结果发现11个miRNA表达显著下调,7个显著上调,并采用RT-PCR验证了9个miRNA的差异表达。差异miRNA靶基因多编码转录因子以及重金属响应网络中的蛋白。基因本体(GO)和KEGG通路富集表明,砷胁迫下miRNA主要介导调控激素信号转导、硫代谢、氨基酸代谢和抗氧化防御。利用PLACE数据库发现miRNA上游启动子区密集分布多种金属应答元件。本研究有助于阐明水稻中砷转运和积累的分子机制,为水稻抗逆育种提供理论参考。     

玉米纹枯病胁迫相关miRNA功能研究

microRNA (miRNA)是一类内源性的、19~24个碱基长度的小分子非编码RNA, 通过碱基互补调控靶基因的表达, 参与调控植物生长发育, 并在多种非生物与生物胁迫响应中发挥重要作用。但目前关于玉米纹枯病胁迫相关miRNA表达调节与功能尚不完全清楚。利用生物信息学挖掘玉米中的microRNA及其靶基因, 筛选到23条新的玉米miRNA, 预测到89个靶基因。本文在前期研究基础上, 以对纹枯病抗性不同的自交系R15和478作为对象, 采用半定量方法对预测获得部分miRNA前体初步鉴定, 采用实时荧光定量PCR手段对R15和478中表达存在差异的成熟miRNA进行抗纹枯病组织特异性表达验证。结果提示, 部分miRNA在玉米抗纹枯病胁迫过程中可能起着重要的调控作用。     

草本拟南芥和木本毛果杨在冷胁迫下的研究进展

低温是影响植物生长发育和限制植物地理分布的重要逆境胁迫因子之一。在冷胁迫下,植物会产生一系列相应的生理生化及分子反应。本研究首先综述了冷胁迫对植物的危害、植物的生理生化反应机制;其次,分别讨论了以拟南芥为代表的草本植物和毛果杨为代表的木本植物,在冷胁迫下的基因表达调控分子机制等相关研究进展;最后,基于转录组分析了冷胁迫下同源基因差异表达方向、ICE1-CBFs分子调控通路在拟南芥和毛果杨中的响应;结果表明,两物种间既存在保守性,又存在多样性。本论文拓展了人们对草本和林木在冷胁迫下的分子进化机理的认识,同时对当前主要采取的以拟南芥基因为参考研究的其他物种同源基因的功能提出了新见解。     

促生细菌通过miRNA调节拟南芥根部关键基因的表达

促生细菌在生态和农业领域的应用前景,已经引起了广泛关注,但目前对促生细菌对植物生理影响的分子机理的研究还比较少。miRNA被视为植物中重要的一类转录后调控因子,通常以转录因子为靶标,并参与多种生理过程的调节。本研究发现在拟南芥主根促生细菌枯草芽孢杆菌ACCC 01380处理下,长度明显高于普通细菌大肠杆菌处理;采集两种处理下拟南芥植株根部样本,进行小RNA测序,比较两种处理下拟南芥根部miRNA表达情况;筛选出表达受到促生细菌枯草芽孢杆菌ACCC 01380影响的miRNA;利用拟南芥丰富的生物信息数据,预测两种处理下差异表达miRNA的靶基因,分析其功能;最后对差异表达miRNA及其靶基因进行实时定量PCR验证。本研究为揭示促生细菌对植物生理影响的分子机理,以及这一过程中miRNA的作用提供了理论基础。     

植物miR398家族的分子特征与进化分析

miR398家族是植物界中一类保守的miRNA家族,本文旨在探究植物miR398家族成员的分子特征,阐释其系统进化规律。以数据库公布的植物miR398成熟体、前体及靶标序列为供试数据,用统计学和生物信息学法分析其分子特征与进化规律。miR398家族成员在34个植物物种中分布广泛,其成熟体长度、核苷酸种类、前体茎环结构及对靶基因抑制类型均符合典型的植物miRNA分子特征。不同植物间miR398成熟体保守性高于前体,前体茎部保守性高于环部。同一物种间的miR398家族成员具有不同的进化速率,少数物种间的miR398家族具有协同进化特征。靶基因功能预测结果显示,miR398家族成员多以切割抑制的方式参与植物的逆境胁迫响应。植物miR398家族兼具保守性与多态性特征,不同植物间的miR398家族成员具有多样的进化模式。研究结果为miR398介导的植物逆境胁迫响应机制探究奠定理论基础。     

香蕉冷胁迫相关microRNA差异表达分析

研究香蕉miRNA在冷胁迫处理下的动态表达,初步探索miRNA在香蕉冷胁迫过程中的可能作用。利用茎环引物实时荧光RT-PCR (stem-loop qRT-PCR)策略,检测冷胁迫响应miRNA在5℃冷胁迫处理不同时间点香蕉幼苗叶片中的表达模式。结果表明,在检测的15个香蕉miRNAs中,不同的miRNA 在同一冷胁迫时间下的表达量存在很大差异。根据其表达模式,可将15个miRNA分成4组。组1 和组2中的12个miRNA (miR159e, miR159f, miR160-3p, miR397a, miR399j, miR164e, miR444a, miR408, miR5179, miR530, miR535和miR5538),在5&;#176;C冷胁迫处理下表达量总体为上调,其在胁迫过程中的平均表达水平高于对照CK (0 h) ,说明冷胁迫诱导此类miRNA的表达。第3组包括miR156l、miR162a和miR166a,其在5℃冷胁迫处理各时间点的表达量均低于对照,为下调表达,说明冷胁迫抑制此类miRNA的表达。第4组仅含一个miRNA,即miR156a,除在冷胁迫处理12 h表达量明显上调外,其余时间点均下调表达。对这些miRNAs 作用的靶基因进行预测和分析发现,它们主要参与植物的新陈代谢、信号传导和生长发育过程等。这为进一步验证与低温胁迫相关的目的miRNA 的功能提供理论依据。     

植物低温胁迫调控机制研究进展

低温是影响植物生长发育和植被分布的一种非生物胁迫。当环境温度持续低于植物生长的最佳温度时即形成低温胁迫,包括冷害和冻害。冷害是指零度及以上低温对植物造成的伤害,细胞内不结冰,但会使喜温类植物产生生理性障碍,引起该类植物受伤或死亡。冻害是指零度以下低温对细胞造成损伤甚至死亡的现象。植物从感知低温到功能基因表达,进而抵御低温胁迫,相关调控机制一直是研究热点。本文综述了近年来植物低温胁迫相关研究,从信号感知、信号传导、功能基因表达、低温诱导的生理和细胞调机制等几个方面进行了分析讨论,并对植物抗寒研究做出展望,这将有助于抗寒植物新种质的培育。     

Heat Stress Related Gene Expression in Gossypium hirsutum L.

Abiotic stress is a major limiting factor to crop productivity,and heat stress is one of the important elements for reduced crop production.Plants respond to heat stress at molecular and cellular levels as well as physiological level.Heat stress alters expression patterns of numerous genes in plants.At the molecular level,most of the information for heat stress response was obtained from model plants such as Arabidopsis thaliana,Medicago trancatula,and ,Oryza sativa,but little molecular research has focused on heat stress respones in cotton.     

抑制性差减杂交(SSH)技术在分离植物差异表达基因中的应用

抑制性差减杂交技术（SSH）是基于抑制PCR作用的cDNA差减杂交，是在转录水平上研究差异基因表达的技术。该技术在一个循环过程中完成差异表达基因丰度的均等化及目标群体和对照群体中相同基因的去除，从而实现差异表达基因的高度富集。一个典型的SSH过程，可在一个差减杂交过程中将稀有基因序列富集上千倍。本文通过详细分析该技术在植物差异表达基因分离中的应用发现：SSH技术主要用于分离组织特异性表达和诱导型表达的基因。首先，SSH技术广泛应用在分离植物发育过程中不同发育阶段和不同组织器官中的组织特异性表达的基因，为揭示植物生长发育过程的分子机理提供了有效手段；另外，在不同植物中，该技术被大量应用于分离各种生物及非生物胁迫条件下诱导表达的抗性相关基因，可以揭示植物抗逆的分子机理。目前，SSH技术己开始应用于分离与次生代谢产物合成相关的基因。SSH技术是分离植物差异表达基因，揭示植物复杂生命现象分子机理的有效方法，将在植物差异表达基因研究中得到更广泛的应用。     

植物高温胁迫响应分子机制研究

作为固着生物,植物需要面对持续变化的环境,不断地受到温度和其他非生物因素的影响。未来植物所面临的平均环境温度将会随着全球气候变暖逐渐上升,因此高温愈发成为影响植物生长发育、地理分布及产量的非生物胁迫因子。了解植物对高温胁迫的适应机制,有助于开发耐热品种,改善温暖气候地区植物的生长状况以及提高作物的生产力。植物体中,在分子水平,转录组学及蛋白质组学联合揭示了mRNA以及蛋白水平的植物应答高温胁迫的基因表达模式变化;另外高温胁迫广泛涉及植物体内多种信号转导机制。因此,本综述主要从植物响应高温胁迫分子水平上的转录组、蛋白质组学方面,以及信号转导等方面全面总结了植物响应高温胁迫的研究进展,并对未来的研究前景进行了展望,为了解近几年高温胁迫研究动态和高温胁迫常见研究方式,解析植物高温胁迫耐受机理以及耐高温品种的培育提供参考。     

两种拟南芥CBF2基因突变体的鉴定与分析

低温是主要的逆境胁迫之一,限制了作物的地理分布和产量。筛选理想的抗冻靶基因用于分子育种对于稳定农业生产具有重要意义。CBF调节子在植物抗冻反应中扮演主要的角色,CBF2是CBF调节子的组成成分之一,在抗冻反应中扮演负调控的作用。采用qRT-PCR和常规农艺性状测定法对2种CBF2基因突变体cbf2-1和cbf2-2进行了多项指标的鉴定,结果发现在这2种突变体中CBF2基因的表达存在不同程度的缺陷,cbf2-1中CBF2基因受低温诱导表达,但表达量与对照相比,明显下降;而cbf2-2中CBF2基因诱导表达的效应完全丧失。抗冻性检测结果显示CBF2基因的表达量越低,其突变体植株的抗冻性越强,同时冷胁迫后冷响应的下游基因表达量也越高,更重要的是,虽然这2种CBF2基因突变体抗冻性明显增强,但与野生型植株相比,其开花时间和单株种子产量并没有明显变化。以上结果表明CBF2是一种可以利用基因组编辑技术进行作物抗冻育种的理想候选靶基因,可以利用最新的基因组编辑技术进行作物抗冻育种研究。     

辣椒MLO基因家族鉴定及表达分析

MLO基因是植物中特有的一类抗病负调控因子,该基因突变导致植物产生广谱抗病性。运用生物信息学方法,在辣椒基因组中鉴定出17条候选MLO基因序列。其分子量范围187~593kDa,等电点范围6.65~9.7。结构分析发现,辣椒MLO基因具有较多内含子,并且差异性较大。发现辣椒MLO基因有20个基序,分布较均匀且排列顺序一致。进化分析发现,单子叶和双子叶MLO基因在进化上有差异,与辣椒关系最近的是茄科的番茄。表达分析显示,辣椒MLO基因具有表达特异性。Capana01g003047在脱落酸诱导下,显著上调表达。Capana05g002411对脱落酸和疫病具有抵抗作用,在其诱导下上调表达。Capana08g000223同样在疫病胁迫下上调表达。