原文出自 Horticulturae 期刊：

Zaman, F.; Zhang, M.; Wu, R.; Zhang, Q.; Luo, Z.; Yang, S. Recent Research Advances of Small Regulatory RNA in Fruit Crops. Horticulturae 2023, 9, 294. https://doi.org/10.3390/horticulturae9030294

推荐语

microRNAs (miRNAs) 是内源非编码小RNA，长度为21­—24 nt，通过翻译抑制或降解等机制负向调控靶标mRNA表达，在转录后精准有效地调控基因的表达。近年来，园艺作物中miRNAs介导的调控机制已有深入的研究，并且获得了许多不同于模式植物的新机制，表现出园艺作物的特异性和复杂性。果树的研究显示，miRNAs在各种生物学功能、代谢途径及环境胁迫响应中发挥至关重要的作用，包括生长发育、次生代谢产物的调节、植物激素信号转导以及生物/非生物胁迫响应等。近期，一篇发表在 Horticulturae 期刊的综述论文，概述了miRNAs在果树中的研究进展，重点关注了miRNAs的生物合成、靶标基因、功能及调控网络，为果树miRNAs研究提供了理论基础和创新突破点。

miRNA通路参与果实发育，形状、大小、香气和质地等性状的形成调控已广受关注。尽管果树复杂的遗传背景及较长的童期生长期给研究工作带来诸多挑战，但是果实中miRNAs的功能鉴定及机制解析仍取得了丰硕的研究成果。

miRNAs参与果实外观性状的调控

一般而言，保守的miRNA的靶基因也同样保守。高度保守的miRNAs通常调控果实的形态发生，包括果实大小和形状。而果实特有的品质性状，例如色泽、风味、香气和贮藏性等，则通常由物种特异性的miRNAs调控 (图1)。

图1. 调控果实外观品质、风味和质地等性状的miRNAs通路。

miRNAs参与果树中激素的信号转导及调控

生长素、乙烯、赤霉酸、细胞分裂素、茉莉酸和水杨酸等植物激素可参与调节植物的发育、分化和生长等几乎所有的生命进程。研究发现，miRNAs通过抑制激素代谢途径中的靶基因参与激素代谢的调节，其中生长素和乙烯中的研究较为深入 (图2)。

图2. 保守miRNAs在果实生长激素信号通路调控中的作用。

通过调节生长素响应因子 (ARFs)，miRNAs和phasiRNAs参与了生长素的代谢调控。苹果中已鉴别出4个miRNAs (miR169a、miR160e、miR167bg和miR168a, b) 以ARF转录因子为靶标基因。此外，miR390促使TAS3合成tasiRNA (tasiARF) 而特异地靶向ARF2/3。桃生长素信号F-box2 (AFB2) 则作为miR160、miR164、miR172和miR393的靶标基因介导miRNAs参与生长素代谢途径及果实生长发育的调控。在乙烯代谢途径中，miR396a-5p和miR477-3p (靶标ETHYLENE INSENSITIVE 3-like)、miR172a (靶标TOE3) 和miR9470-3p (靶标ERF5和ERF021) 参与乙烯信号途径的调控。

针对赤霉素、细胞分裂素、茉莉酸和水杨酸的研究同样发现了miRNAs参与它们的代谢调控。例如外源赤霉素处理可促使苹果果实中超过100个miRNAs的合成。miR319和ath-miR156的表达受茉莉酸的影响进而反馈调节茉莉酸的代谢。TCP4是首个被报道的miR319的靶标基因。

miRNAs参与果树非生物胁迫响应的调控

目前已有多个miRNAs被证实参与植物非生物胁迫响应的调控，包括干旱、高温冷害和盐胁迫等 (图3)。高通量测序发现，桃植株遭遇干旱胁迫时，叶片中有104个miRNAs被上调，158个miRNAs的表达被下调；根系中则有221个miRNAs的表达被上调，147个被下调。干旱胁迫诱导miR169c的表达，相应的miR169c转基因番茄的耐旱能力增强。苹果中的研究结果显示，mdm-miR160-MdARF17-MdHYL1是植株在遭遇干旱胁迫时能存活的必需调控网络；miR156/SPL诱导MdWRKY100的转录水平，可调节苹果植株的耐盐胁迫能力。此外，还有部分miRNAs可同时参与多种非生物胁迫响应的调控。例如miR172和miR403可同时调节向日葵植株的干旱、高温和盐胁迫响应。

图3. 参与非生物胁迫响应调控的miRNAs及其靶标基因。

miRNAs参与果树次生代谢产物的合成调控

miRNAs主要以两种方式参与植物次生代谢产物的合成调控：一种是以次生代谢途径中的结构基因为靶标，降解结构基因负向调控次生代谢产物的积累；另一种是以调控次生代谢途径的转录因子为靶标，调节次生代谢产物的合成。miRNAs的靶标基因涉及多种植物次生代谢产物的合成，包括黄酮类化合物、类胡萝卜素和苯丙烷类化合物等 (图4)。

图4. 参与苯丙烷类化合物代谢调控的主要miRNAs。

结论与展望

植物miRNAs在生命活动中发挥至关重要的作用。虽然miRNAs的功能解析工作已在栽培果树中开展并取得了一系列成果，但仍局限在少部分物种内。果树miRNAs的功能验证及机制解析仍存在大量的待研究内容。论文提供了两个策略以供后续研究参考：(1) 利用组织或生长发育特异的启动子，更加精准地挖掘鉴定特异miRNAs的功能和作用机制；(2) 将miRNAs识别元件引入代谢通路的关键基因的遗传编码区，人为创制miRNAs与靶标基因的互作效应。

除了与模式植物相似的miRNAs调控模块外，果实中还包含物种特异的miRNAs通路，它们的鉴别更加利于推动果树的研究工作进程。然而，高效稳定的遗传转化体系局限于少部分果树物种中，给miRNAs的功能验证带来了极大困难。近来，新发展的纳米技术在打破遗传转化体系的掣肘方面具有一定的潜力，不过对技术和经费的支撑力度要求较高。

撰稿人：殷学仁

专栏简介 

“晓果仁”专栏由 Horticulturae 期刊编委殷学仁教授 (浙江大学) 主持。该专栏旨在对Horticulturae 期刊的典型论文进行点评与推荐，同时关注果树研究的最新进展。

专栏编辑

殷学仁 教授

浙江大学农业与生物技术学院

浙江大学农业与生物技术学院教授、博士生导师。曾先后承担国家自然科学基金 (优秀青年基金、面上项目、青年基金)、国家重点研发计划课题、公益性 (农业) 行业专项 (课题)、霍英东教育基金会青年教师基金、973计划 (子课题)、863计划 (子课题)、浙江省自然科学基金 (杰出青年基金)、教育部博士点基金等基金项目。

研究兴趣：果实发育与品质、果实采后生物学与技术、果树与环境响应、植物激素及其相互作用、分子生物学。

Horticulturae 期刊介绍

主编：Luigi De Bellis, University of Salento, Italy

期刊重点关注温带到热带园艺的所有领域以及相关学科，主题包括果树、蔬菜、花卉、苗圃和风景以及草药和香料作物等，研究涉及整个园艺供应链。

2021 Impact Factor：2.923

2021 CiteScore：1.8

Time to First Decision：14 Days

Time to Publication：35 Days