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生物通报道：自然界生命体的生长发育和形态建成都与“年龄”密不可分. “年龄”是一个不可逆的过程, 所有生物都将经历幼年期到成年期, 最终走向衰老和死亡. 在植物体内, 一个小分子 RNA, miR156 控制了幼年期到成年期的转化, 它是目前唯一已知的年龄分子标记. miR156 的表达量随着年龄的增长而逐渐减少, 调控了植物生长发育和环境应答等多个过程.

近期来自中国科学院大学等处的研究人员综述了植物体内 miR156介导的年龄途径的最新研究进展, 以及年龄调控 miR156表达的分子机制.

microRNA (miRNA)是一类非编码的 RNA, 在植物生长发育中发挥着重要作用, 是基因表达调控的一种重要手段. miRNA 通过碱基配对的方式识别靶标 mRNA, 在转录水平(转录本剪切)和转录后水平(蛋白质翻译)调控蛋白质编码基因的表达. 已有的研究表明, miRNA 调控了叶形态发育、花器官的发育, 以及植物对非生物胁迫的响应等.

线虫(Caenorhabditis elegans)的研究表明, 2 个受到年龄调节的 miRNA——let-7 和 lin-4 控制了线虫从幼年期向成年期的转换. 有趣的是, 近 5 年的研究表明, 植物年龄途径也由 2 个 miRNA——miR156和miR172控制. miR156作为年龄的标尺, 是连接“年龄”与植物生长发育的重要中介分子。

在这篇文章中，研究人员介绍了miR156 介导的植物年龄途径的最新研究进展，包括miR156/miR157 基因家族，miR156 是植物年龄的响应分子，miR156-miR172 信号通路， miR156 上游的调控因子等多方面内容。

文章指出，最近Zhou等人报道了年龄调控多年生植物开花的分子机制. 弯曲碎米荠(Cardamine flexuosa)是十字花科碎米荠属的两年或多年生草本植物. Zhou等人发现, 弯曲碎米荠的开花需要经过一段时间的低温处理——即春化作用. 有趣的是, 幼年期的弯曲碎米荠不能感受低温, 说明年龄决定了其春化敏感性.

进一步研究发现, 弯曲碎米荠的成花诱导需要同时解除 2个抑制因子, FLC和 TOE1. FLC编码一个 MADS-box 基因, 而 TOE1 是 miR172 靶标的AP2类转录因子. 持续的低温处理能降低FLC的表达, 而TOE1的表达则受miR156-miR172信号通路的调控. 在幼年期, miR156 高度积累, TOE1 含量较高, 抑制下游开花关键基因的表达, 导致植物对春化作用不敏感. 随着年龄的增长, miR156含量逐渐降低, TOE1的表达也随之减弱, 植物出现春化敏感性, 持续的低温即可解除 FLC 的抑制作用, 诱导植物开花。

在生物体的发育过程中, 组织分化和器官形成都受到精确的时空调控. miR156 介导的年龄途径的发现为我们揭示年龄如何调控植物的生长发育提供了一个重要媒介. miR156 下游靶基因 SPL 转录因子的生物学功能已经得到了广泛的研究. 但是关于miR156 上游调控网络的研究尚处于起步阶段.

研究证明糖是 miR156 上游的调控分子, 揭示了 miR156的表达随年龄逐渐降低的不可逆性. 但是糖分子和miR156 之间的联系尚未被阐明. 比如, 糖是如何调控 miR156 表达的? 其中的信号传递过程是什么? 另外, 如何通过调控植物的年龄途径改良经济作物的性状, 提高产量和品质也是未来研究的一个重点.

（生物通：万纹）

原文检索：

虞莎, 王佳伟. miR156 介导的高等植物年龄途径研究进展. 科学通报, 2014, 59: 1398–1404
Yu S, Wang J W. Recent Progress in miR156-mediated aging pathway in plants (in Chinese). Chin Sci Bull (Chin Ver), 2014, 59: 1398–1404, doi: 10.1360/972013-1187
 

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