miRNA对植物开花时间及花器官发育的作用(2)

　　3 miRNA与植物的育性

　　随着miRNA 不断深入的研究，越来越多的研究发现一些 miRNA 与植物花的雌、雄蕊发育密切相关，并且调控花药的开裂和花粉释放，如 miR167,其通过调节靶基因 ARF6/8 行使功能（Wu et al., 2006）。

　　在拟南芥研究中发现，arf6/8 双突变体与过表达miR167 表型相似，二者都产生发育不完全的花器官和雌雄生殖能力的损坏（Ruetal.,2006;Wuetal.,2006）。

　　在梅花开花时期，miR167 不同程度的调节其靶基因，当雄蕊中花药和卵细胞扩散完全，miR167 表达明显减少，表明 miR167 家族也许是梅花（P. mume）发育所必须的（Wangetal.,2013）。拟南芥中对 InARF8 动态研究发现，InARF8 转录水平在雌蕊生长阶段增加，达到最高水平是在花开放时，在雄蕊中 mRNA积累达到最高水平是在生长第 3 阶段（Nagpal et al.,2005），同时成熟的 miR167 在雄蕊中的积累量高于雌蕊，且雄蕊中的最高积累量也是在生长第 3 阶段；ARF6/8 在雌蕊中出现，为花粉萌发提供条件，同时在胚胎和胚珠原基也有 ARF6/8 （Wu et al., 2006）；ARF8 也在柱头突起上大量积累；在单突变体中ARF6 或 ARF8 功能的丢失，推延了雄蕊丝的伸长和花粉的释放，限制了授粉（Nagpal et al., 2005）；Arf6/8双突变体的雌蕊不能诱导花粉萌发，所以说拟南芥中ARF6/8 在花中调节了雌雄器官的发育。过表达miR167 的拟南芥花中出现了萼片、花瓣变短，花药不开裂，这些表型与 arf6/8 双突变体相似，表明 miR167通过影响 ARF6/8 活动，调节植物的发育过程。

　　在 拟 南 芥 中 miR159 由 miR159a、miR159b、miR159c 组成，大量生物信息学和分子生物学预测这个家族可能有 20 或更多的靶基因，其中 12 个在花粉或花药中表达或与它们的发育有关.在山核桃、梅花、桃中均有 miR159 的发现（Wang et al., 2012;2013; Galla et al., 2013），桃中 miR159 在所有的组织中均有表达（Galla et al., 2013）；苹果中 miR159 的靶基因为 MYB,其与花粉和花药发育有关，miR159 调节雄性器官的发育和生长（Xia et al., 2012）；而在梅花中发现了 miR159、miR160、miR393 等连同 AG、LEA、XTH2、PPME1 与雌蕊的发育有关（Wang et al., 2013）。

　　miR159 家族与 miR319 家族相关，由于序列的不同阻止了 miR159 调节 miR319 靶基因（Palatnik et al.,2003; 2007）。miR159 调控的 MYB33 和 MYB63 是正常花器官生长和发育所必须的，MYB33 和 MYB63突变体导致雄性不育（Allenetal.,2007;2010）。

　　miR159、miR167 和 miR319 三者相互作用调节花器官发育，miR319 表达量的减少导致花瓣短而细长、雄蕊发育不完全、花型小，甚至出现花瓣和雄蕊丢失，过表达 miR319 推延花期，并引起雄性不育（Nag et al., 2009; Todesco et al., 2010）。在梅花中，miR319 在雌蕊数目减少或丢失的不完整花中较正常花上调，miR319 通过调控靶基因 ARF6/8 来调控雌蕊数量，表明 miR319 与雌蕊发育有关（Wang et al.,2013）。miR159 和 miR319 交互调节靶基因，并反过来调控 miR167 家族成员的表达。miR159、miR167和 miR319 通过调节 ARF6/8 活动来调节萼片、花瓣和花药（Nagpal et al., 2005）。miR159 和 miR319 抑制它们的 TF （Transcription factor）靶基因表达，TF 靶基因可能导致 miR167 错误表达。此外，通过 miR159和 miR319 靶基因调节，可能引起 miR167 基因间的互调，如雄蕊中的 miR167c 被 miR167a 抑制。

　　miR319 有助于 miR167b 活动，使 miR167a 在花梗中被抑制，这些互相作用的方式对花瓣、花药的伸长和成熟都是必不可少的。

　　miR396 在花中表达，拟南芥中过表达 miR396出现了只有一个心皮的雌蕊，miR396 靶基因 GRF（Growth Regualting Factor）表达水平的减少引起了雌蕊的异常。拟南芥中 GRFS 和 GIFS （GRF-interactingFactors）表达模式与 miR396 呈负相关，GRFS 和 GIFS互相影响形成 GRFS/GIFS 复合物，miR396 抑制GRFS 表达导致 GRFS/GIFS 复合物的减少，GIF 单突变体出现正常的雌蕊，而 GIF 三突变体 GIF1/GIF2/GIF3 出现了不正常的雌蕊，GRFS 和 GIFS 都是雌蕊发育所必须的.在金丝桃研究中发现 miR396家族很可能调控转录因子 UPA17,其与花粉的发育有关（Galla et al., 2013），在其不同生长阶段中，miR396在雌蕊中表达一致，而在花药中表达不同（Galla et al.,2013），miR394 在花药和雌蕊中早期阶段积累高于后期（Galla et al., 2013），在梅花的研究中也发现 miR394在完全花和不完全花中表达不同（Wang et al., 2013），因此可以说 miR394 与雌蕊发育有关。

　　4 展望

　　目前，随着分子生物学和生物信息学不断发展，miRNA 的研究越来越深入。克隆测序、Western 杂交、RNA 印记、RNA 酶保护分析、基因芯片以及实时定量 PCR 等技术为 miRNA 深入研究提供了技术保障。miRNA 这种仅有 21~23 nt 大小的片段在植物中从种子的发芽到成年的结束，从地下的根部到地上的顶端分生组织都发挥这巨大的调控作用.而目前综述来看，大部分的研究主要集中在 miR156/157、miR171/172、miR159/396 等部分 miRNA,这表明仍有大部分的 miRNA 有待进一步挖掘。

　　从文献报道来看，很多科学家开始对植物中与开花相关的 miRNA 展开研究分析，但是对于 miR-NA 这种复杂的调控机制目前还没有深入的挖掘，很多的研究仅停留在某个 miRNA 的作用机制，还没有将其中两个或更多个联系在一起.而 miRNA 这种特殊的片段存在着一个 miRNA 有多个靶基因或一个靶基因由多个 miRNA 共同调控的机制，如 miR159预测有 20 多个靶基因，ARF 基因受 miR390、miR167等调控，意味着 miRNA 中存在着复杂的调控网络。

　　如果将其放在一起共同研究其调控途径，最终使得miRNA 的研究形成一个系统的网络。木本植物miRNA 的研究较为深入，尤其是杨树、葡萄、苹果等在这方面的研究，目前在山核桃上的 miRNA 研究也逐步推进，不仅有从保守 miRNA 及新 miRNA 的挖掘，也有 miRNA 的降解及 3 端的修饰研究（Wang etal., 2013）。因此，为了更深入地了解 miRNA 在植物中的作用机制，选择适当的木本植物对其 miRNA 进行深入研究，对整个植物中的 miRNA 作用机制深入分析很有必要。
　　
　　致谢

　　本研究由浙江省自然科学基金杰出青年项目（LR14C160002）、国家 863 项目（2013AA102605）、国家自然科学基金（31170637）、浙江省农业新品种选育重大科技专项（2012C12904）和浙江省科技厅重大国际合作项目（2011C14010）共同资助。