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IJBM:小RNA参与植物次生代谢的研究进展

已有 522 次阅读 2022-8-4 23:39 |个人分类:每日摘要|系统分类:论文交流

Research progress about microRNAs involved in plant secondary metabolism

第一作者Shanshan Zhang

第一单位江苏省中科院植物研究所

通讯作者Weilin Li


 Abstract 

MicroRNA (miRNA) is an endogenous single-stranded noncoding small RNA with a base length of 18–30, which widely exists in eukaryotic cells. It plays an important role in plant growth and development, metabolic biosynthesis and stress response. Mature miRNAs are evolutionarily conserved and have both sequential and tissue-specific expression. This paper summarizes the production, action mechanisms, main technologies, research progress and biological functions of miRNAs. miRNA research includes miRNA discovery (genetic screening, direct cloning, bioinformatics prediction and high-throughput sequencing) and biological function analysis (overexpression, the expression or inhibition of target gene mutants). It was found that most miRNAs are involved in plant secondary metabolism biosynthesis and have great potential as molecular breeding tools. The same biological process can be regulated by different miRNAs. Interestingly, the role of the same miRNA in different plants may behave in completely opposite manner, and the mode of action of each miRNA is also unique. Moreover, miRNA interaction and miRNA self-regulation will also be the developmental direction in the future. However, miRNA target recognition and functional verification are still major challenges for the future. This study will provide a reference for further exploration and verification the specific biological functions and related applications of miRNAs in plants.


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 摘 要 

小RNA(small RNAs, sRNA)主要是指碱基长度一般在18-30的一类内源性单链非编码RNA(ncRNA)。这些在早期的基因调控研究中一直被忽略的小分子RNA,和植物生长发育中各种生理活动和代谢过程密切相关,是重要的转录后调控分子。成熟的miRNA在进化上具有保守性、时序和组织表达特异性。一个成熟的miRNA通常调控多个靶基因,植物miRNA与其靶基因序列几乎完全互补配对,可通过转录后剪切或者抑制其翻译来负调控靶基因的表达。

miRNA的生物合成是一个复杂的生理过程,需要多种酶和功能蛋白的参与。其主要过程分为四步:miRNA前体的转录、miRNA的加工与运输、修饰及RNA诱导的沉默复合体(RNA-induced silencing complex, RISC)的装载。miRNA在植物体内的作用方式主要有切割(mRNA cleavage, MC)和翻译抑制(translation inhibition, Ti)两种。

近年来,miRNA是分子生物学领域的一个研究热点,已经有大量的miRNA被发现和鉴定,其中大部分miRNA参与植物生长发育和次生代谢的生物合成过程。在次生代谢过程中鉴定miRNA及其靶点,并使用反向遗传学表征重要的miRNA靶点对,是破译miRNA功能的一个主要领域。随着我们研究手段的不断进步,将挖掘出越来越多的miRNA生物学功能和分子作用机制,miRNA及其靶基因具有不可低估的应用潜能。目前深度测序技术和miRNA预测的现代计算方法导致大量mRNA数据积累,仍有多数miRNA的作用尚不清楚,miRNA目标识别仍然是未来的一个重大挑战。同一生物学过程可以受不同miRNAs的调控,不同miRNA对同一生物学过程的作用模式也不尽相同。同一miRNA在不同物种中起的作用是不同的甚至完全相反,且各个miRNAs发挥作用的模式也不尽一致。基于此,对miRNAs的鉴定和其功能的探索对解析生物学现象非常重要。此外,miRNA是复杂调控网络的一部分,一个miRNA可调控多个靶基因,使得通过敲除或过量表达这些预测的miRNA进行功能验证成为一个具有挑战性的问题。

相关研究已表明,miRNA调控植物次生代谢的生物合成,可以高效改良作物品质,这显示出其作为育种分子工具的巨大潜力。在我们看来,miRNA具有复杂的调控机制,miRNA的相互作用和miRNA的自我调节将是未来研究miRNA调控机制的一个方向。此外,研究中药的miRNA在调节人类健康或靶向与疾病相关的基因方面的潜力是另一个新兴领域。这些研究将有助于对整个生物合成途径进行代谢工程,以产生新的植物化学物质或产生所需的次生代谢产物组合。




图片 李维林 图片


个人简介:

1985-1989年,西北农业大学,学士;

1989-1992年,西北农业大学,硕士;

1994-1997年,南京农业大学,博士;

1999-2002年,第二军医大学,博后。


研究方向:经济植物引种驯化、药用植物资源评价和开发利用、天然产物化学,目前主要从事黑莓育种、栽培与加工,薄荷资源评价和育种,抗糖尿病植物资源评价及中药新药开发等方面的研究工作。


doi: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.07.224


Journal: International Journal of Biological Macromolecules

Published online: July 31, 2022


Cite:
Shanshan Zhang, Yaqiong Wu, Xin Huang, Wenlong Wu, Lianfei Lyu, Weilin Li. Research progress about microRNAs involved in plant secondary metabolism. International Journal of Biological Macromolecules, 2022, 216: 820-829. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.07.224




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