miRNA及其靶基因对水稻生长发育的调控作用(3)

　　3. 4 miRNA 与分蘖

　　分蘖是水稻的一个重要的农艺性状，水稻的有效分蘖数决定着幼穗的数量，并最终影响水稻的产量。 在模式植物拟南芥中已经发现，miR393 可以调控生长素受体（ TIR1、AFB2、AFB3） 的表达，参与调节多种发育过程[49]. Xia 等[29]发现，过表达 miR393的转基因水稻中出现分蘖数增加，对干旱和盐的耐受性降低的表型，同时生长素受体因子（ TIR1 和AFB） 、生长素转运因子 OsAUX1 以及水稻分蘖抑制因子 OsTB1 表达水平均下调。 据此推测，miR393 的过表达可能通过抑制生长素受体因子和生长素转运因子的表达，引起腋芽生长素缺乏，从而抑制了腋芽处分蘖抑制因子 OsTB1 的表达，最终引起分蘖的增加。 Guo 等[50]的研究显示，D14（ Dwarf14） 能够作为独角金内酯受体作用于独角金内酯信号途径，并抑制分蘖。 在植物体内，miR444a 能够抑制转录因子OsMADS57 从 而 促 进 D14 的 表 达。 并 在 过 表 达miR444a 的水稻中出现分蘖则抑制的表型，而过表达 OsMADS57 转基因水稻分蘖增加。 另外，miR156也能通过负调控 OsSPL14 的表达，抑制水稻分蘖[43]. 因而，研究 miRNA 对水稻分蘖的调控机制，对提高水稻产量也有重要意义。

　　3. 5 miRNA 与种子发育

　　种子的灌浆、形态的发育直接影响着水稻的产量和质量。 在水稻种子发育相关的调控网络中，miRNA通过控制营养物质的合成和运输发挥重要的作用[51]. miR397 能够通过下调 OsLAC 基因的表达，促进油菜素内酯的信号转导，进而促进幼穗分支、增加种子尺寸，提高水稻产量[46]. 在利用高通量测序技术和微阵列技术分析影响水稻种子发育过程中的小RNA 时发现，miR159 表达水平较高[30]. 已有报道表明，miR159 能够作用于调控糊粉细胞中 α 淀粉酶表达的赤霉素信号元件 MYB,从而调节谷蛋白的表达，促进种子发育[52,53]. 这与之前在拟南芥种子发育过程中发现的 miR159 的调控机制相似[54]. Wang 等[55]的研究显示，水稻 miR156 能够作用于促进细胞分裂和灌浆的 OsSPL16,在过表达 OsSPL16 的转基因水稻中，种子出现细长的表型，但是品质得到了提升且并提高了产量。 糖类的合成和转化是水稻种子发育过程中 的 重 要 途 径。 尿 苷 二 磷 酸 葡 萄 糖 （ uridinediphosphate glucose,UDPG） 和果糖是淀粉合成的关键成分，而 miR53 能够调控 Os02g58480 基因影响蔗糖合酶 （ sucrose synthase,SuSy） 的生成，促进蔗糖转化成 UDPG（ uridine diphosphoglucose） 和果糖，进而影响淀粉的合成，提高籽粒中淀粉的含量[56,57]. 水稻种子发育过程中还存在另一种糖类转化途径，miR1428e-3p 通过调控 Os08g37800 基因编码合成蔗糖非酵解型蛋白 激 酶 （ sucrose non-fermenting 1-related proteinkinase 1b,SNRK1b） ,促进淀粉在胚乳和糊粉粒中的生成和积累，促进种子发育[58]. 可见，研究 miRNA 对种子发育的调控作用对提高水稻的产量和品质有重要意义。

　　3. 6 miRNA 对胚的发育

　　培养水稻愈伤组织时发现，miR397、miR156 等miRNA 在愈伤组织中表达水平较高，而在叶、花、茎中表达水平较低，暗示 miRNA 在水稻分生组织和胚发育过程中可能具有重要功能[31,59,60]. 先前研究已经表明，miR397 能够抑制漆酶蛋白表达，降低细胞的木质化程度，促进分生组织发育和愈伤组织中薄壁细胞的生长[5,61]; 而 miR156 由于能够调节水稻种子和花粉的发育[55]. 因此推测在水稻愈伤组织中 miR156也可能是通过负调控 OsSPL 的表达，加快细胞分裂和水稻胚的发育。 然而，miR397/156 对水稻分生组织的精确调控途径还尚未被完全揭示，在后续工作中，下游靶基因的鉴定对解释这两个 miRNA 在调控分生组织和胚的发育中的作用是非常重要的。

　　3. 7 miRNA 对形态建成的调控

　　在研究 miRNA 调控机制时发现了一个有趣的现象，许多 miRNA 既调控水稻生长发育，又影响水稻形态建成。 如过表达 miR393 的转基因水稻植株出现旗叶倾角变大、分蘖增加和开花延迟的表型[29,34]; miR156 不仅影响花和种子发育，还通过调控 OsSPL 基因参与水稻的形态建成。 过表达 miR156的转基因水稻除了表现出植株矮小、幼穗变小、分蘖增加的性状外还能调控生长素转运相关的 miR164/393 的表达，影响其他生理和代谢过程[62]; 在研究miR397 对水稻产量的影响时，发现过表达 miR397的转基因水稻中植株高于野生型水稻[46]. 水稻形态发育直接关系着光合作用的强弱，并影响水稻的产量，miR393/156/397 多 样 化 的 调 控 模 式 说 明，miRNA 是通过复杂的动态调控网络参与水稻的生理和代谢过程的。 但是，目前我们对 miRNA 的调控网络研究的很少，未来对其进行的探究仍需进一步展开。

　　4 问题与展望

　　水稻作为重要的粮食作物和模式植物，提高其产量和质量一直是育种工作者最为关心的问题。 由于越来越多的证据表明，miRNA 对水稻的生长发育起着重要的作用，因此 miRNA 研究已经成为水稻分子遗传调控领域的热点，有关水稻增产的 miRNA 机制的认识也不断深入。 如： 中国科学家发现 的miR397 和 miR156 能够控制种子发育，提高水稻产量[46,55]. 但是，由于科学技术和认识的局限性，对miRNA 调控水稻生长发育和胁迫应答中的研究仍有待深入。 首先对水稻 miRNA 靶基因的研究大多停留在预测水平上，缺乏大量的实验数据支持； 其次尚需进一步的实验对多种 miRNA 进行功能验证； 再者对水稻 miRNA 的时空表达特性了解有限，影响了对其参与生物学调控网络的认识； 因此综合转基因技术、突变技术、生物信息学技术和高通量测序技术等多种方法，对 miRNA 及其靶基因在水稻生长发育和抗逆作用中的调控机制进行更深入的实验分析和验证，阐明其内在的调控网络，将有望为水稻的遗传改良和种质资源创新提供新的思路。

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