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microRNA（miRNA）是植物學(xué)研究中最受關(guān)注的一類小分子RNA（small RNA），短小精湛而功能全面。miRNA長(zhǎng)度只有21-24nt，卻參與到植物生長(zhǎng)發(fā)育和逆境響應(yīng)的多個(gè)生物學(xué)過(guò)程，包括器官?zèng)Q定、葉片生長(zhǎng)、花芽分化、病毒抵御、高低溫適應(yīng)等。每類植物的MIRNA基因座有數(shù)百個(gè)，有的miRNA家族存在多個(gè)成員，它們?cè)诓煌锓N中，往往通過(guò)靶向特定的、具有類似功能的基因家族成員（編碼基因）而實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)錄后調(diào)控功能，如miR156—SPL，miR167—ARF，miR397—LAC等。 近日，中國(guó)科學(xué)院華南植物園蔣躍明課題組與華南農(nóng)業(yè)大學(xué)夏瑞課題組合作在New Phytologist上發(fā)表題為 MicroRNA528, a hub regulator modulating ROS homeostasis via targeting of a diverse set of genes encoding copper-containing proteins in monocots 的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)miR528在香蕉中靶向多酚氧化酶（PPO）基因，在香蕉低溫脅迫過(guò)程中扮演非常重要的角色。低溫條件下，香蕉中miR528表達(dá)下降，導(dǎo)致PPO基因表達(dá)成百倍增加，從而引起活性氧（ROS）水平的上升，最終導(dǎo)致香蕉果皮褐變性狀的出現(xiàn)（小編終于知道為什么香蕉放在冰箱里會(huì)褐變了......）。同時(shí)，該研究通過(guò)大范圍比較基因組分析，發(fā)現(xiàn)miR528在不同的單子葉植物中具有不一樣的靶向偏好性，但是大部分靶基因都編碼含銅相關(guān)蛋白，通過(guò)參與多樣化的氧化還原反應(yīng)廣泛調(diào)控植物體內(nèi)活性氧的代謝平衡。  新發(fā)現(xiàn)——香蕉miR528靶向PPO基因 低溫往往可以延長(zhǎng)果蔬的貨架期。但當(dāng)香蕉放在較低溫度下（低于12°C）時(shí)，果皮會(huì)逐漸產(chǎn)生褐變而使其失去商品價(jià)值。該研究首先比較了香蕉在高低溫處理下，其果皮中sRNA組與室溫處理之間的區(qū)別，發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)的miRNA明顯偏好地靶向編碼氧化還原相關(guān)蛋白的基因。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)miR528對(duì)低溫有明顯響應(yīng)，其靶向多酚氧化酶PPO基因。在冷脅迫過(guò)程中，miR528和靶向的PPO基因呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)。PPO已被證明與不同果蔬如蘋(píng)果、桃子、菠蘿和蘑菇等的褐變現(xiàn)象密切相關(guān)，因而香蕉在低溫處理下，由miR528介導(dǎo)PPO參與香蕉果皮褐變過(guò)程可能類同。  miR528——單子葉植物ROS平衡管理者 miR528在香蕉中靶向PPO基因，這與其它單子葉植物中報(bào)道的不一樣，這一結(jié)果引起了該研究團(tuán)隊(duì)的關(guān)注。通過(guò)進(jìn)一步整合分析近乎所有已測(cè)序的單子葉植物基因組與轉(zhuǎn)錄組（OneKP）數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)miR528幾乎存在于所有單子葉植物中。而與已知的保守miRNA家族不同，miR528在大多數(shù)物種中只有一個(gè)拷貝，且其成熟序列也表現(xiàn)出明顯的一致保守性，暗示存在著獨(dú)特的進(jìn)化選擇過(guò)程。  拷貝數(shù)保守，成熟序列也保守，那么靶基因呢？通過(guò)大規(guī)模的靶向預(yù)測(cè)與人工數(shù)據(jù)分析，該研究發(fā)現(xiàn)miR528同一物種中，可以靶向了不同的基因家族，而其靶位點(diǎn)的位置沒(méi)有明顯的保守性，可能在CDS，也可能在5'-UTR或3'-UTR區(qū)域。miR528雖然是單子葉植物保守的miRNA，但其靶向的基因家族伴隨單子葉物種的分化，存在明顯的偏好變化。  生物學(xué)問(wèn)題的有趣之處在于，我們常常既可以從看似共性的問(wèn)題中發(fā)現(xiàn)個(gè)性，也可以從看似個(gè)性的狀態(tài)中提取出共性。miR528的靶基因似乎是分散到非常多的基因（家族），包括AAO，LAC，CBP和PPO等。這些基因均是以家族的形式存在于不同的物種中。通過(guò)對(duì)這些家族的功能或特點(diǎn)進(jìn)行分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了有趣之處：這些miR528的靶基因幾乎都編碼含銅蛋白。 銅（Cu）是植物所必須的微量元素，其常常存在于氧化還原酶或超氧化物歧化酶的活性中心，是后者的核心組分。這些酶的含量與活性直接影響了植物體內(nèi)的氧化還原（ROS）平衡態(tài)，進(jìn)而關(guān)系到植物的正常發(fā)育與脅迫響應(yīng)。miR528廣譜地靶向含銅蛋白，這直接讓其成為單子葉植物中ROS的平衡管理者。miR528一方面靶向PPO、AAO、AO、LAC等，促進(jìn)ROS的產(chǎn)生；而另一方面也可以靶向POD、SOD等，參與ROS的清除，從而在ROS產(chǎn)生與清除的博弈之間發(fā)揮平衡作用。 以上研究工作由蔣躍明課題組與夏瑞課題組合作完成。朱虹副研究員與夏瑞課題組博士生陳程杰為該論文共同第一作者，蔣躍明研究員、段學(xué)武研究員與夏瑞教授為該論文共同通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委的資助。 多面手——miR528 獨(dú)特的功能實(shí)現(xiàn)，miR528就像習(xí)得孫行者一樣的七十二變，在這個(gè)物種變個(gè)臉靶向一個(gè)基因家族，實(shí)現(xiàn)一種功能；在另一個(gè)物種變個(gè)臉，靶向另外一個(gè)基因家族，實(shí)現(xiàn)一種功能。獨(dú)特的保守性，miR528也像齊天大圣一樣，能力全面但獨(dú)一無(wú)二。miR528在多數(shù)單子葉物種中只有一個(gè)拷貝，而且序列完全一致。強(qiáng)大的平衡能力，miR528像孫悟空一樣，斬妖除魔，既能上天（ROS的產(chǎn)生），也能下地（ROS的清除）。 針對(duì)miR528的這一特性，夏瑞課題組在Molecular Plant上發(fā)表題為Jack of Many Trades: The Multifaceted Role of miR528 in Monocots 的Spotlight文章，文中對(duì)miR528的多面手功能進(jìn)行了比較系統(tǒng)的總結(jié)。  2005年，中科院遺傳所曹曉風(fēng)課題組在水稻Dicer-like 1突變體研究中（Plant Physiol.）鑒定到了miR528。在后續(xù)的研究中，miR528被確定為單子葉中保守存在的miRNA。五年后（2010年），通過(guò)降解組測(cè)序，曹曉風(fēng)課題組鑒定了miR528在水稻中的數(shù)個(gè)靶基因，包括L-ascorbic acid oxidase（AAO）。又過(guò)五年（2015年），克萊姆森大學(xué)Hong Luo課題組在Creeping Bentgrass中超表達(dá)水稻miR528（Plant Physiol.），獲得鹽脅迫和N饑餓耐受的植株。在隨后的數(shù)年內(nèi)，miR528相關(guān)報(bào)道不斷增多。吳建國(guó)（Mol. Plant, 2017）在水稻研究中，發(fā)現(xiàn)miR528通過(guò)靶向AAO，參與到病毒抗逆響應(yīng)。李文學(xué)團(tuán)隊(duì)（Mol. Plant, 2018）在玉米研究中，發(fā)現(xiàn)miR528通過(guò)靶向Laccase參與到玉米木質(zhì)素合成，從而影響了玉米的抗倒伏性。今年（2019）曹曉風(fēng)老師課題組在進(jìn)一步研究中發(fā)現(xiàn)miR528在水稻中受到OsSPL9和可變剪切的精細(xì)調(diào)控，并通過(guò)靶向OsRFI2，參與到水稻的成花誘導(dǎo)（點(diǎn)擊查看：Mol. Plant | 曹曉風(fēng)團(tuán)隊(duì)揭示水稻miR528積累的精細(xì)調(diào)控機(jī)制及其在水稻開(kāi)花時(shí)間調(diào)節(jié)中的作用），同期李毅課題組與吳建國(guó)課題組同樣證實(shí)了OsSPL9對(duì)miR528的調(diào)控，展示了OsSPL9-miR528-AAO在水稻抗病毒研究的應(yīng)用前景（Mol. Plant, 2019）。 至此，miR528展示出明顯的多面手姿態(tài)：
那么如此獨(dú)特的miR528是如何在單子葉植物的進(jìn)化過(guò)程中演化出來(lái)的？是怎么產(chǎn)生的？它的功能偏好性是如何產(chǎn)生的？是含銅類蛋白特異的進(jìn)化過(guò)程導(dǎo)致的？這個(gè)單子葉特異的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中各成員之間是如何協(xié)調(diào)調(diào)控的？這些問(wèn)題都是后續(xù)研究工作中值得探索的問(wèn)題。 本推文相關(guān)詳細(xì)內(nèi)容，可閱讀以下論文：
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