囡 澎江右Ｊ－： 千学 ２０１１年第５期
文献著录格式：耿锐梅，杨宏伟，曹长代，等．植物ＭｉｃｒｏＲＮＡ研究进展及其在植物与病原菌互作中的作用［Ｊ］．浙江农业科学，２０１１（５） ｌ０９２．１０９４．
植物ＭｉｃｒｏＲＮＡ研究进展及其在
植物与病原菌互作中的作用
耿锐梅 ，杨宏伟 ，曹长代 ，冯全福 ，陈志强 ，罗成刚
（１．中国农业科学院烟草研究所烟草遗传改良与生物技术重点开放实验室，山东青岛 ２６６１０１ ２．山东日照烟草有限公司，山东日照２７６５００）
摘要：针对植物ＭｉｃｒｏＲＮＡ研究进展进行综述，主要阐释植物ＭｉｃｒｏＲＮＡ的分子进化、功能及调控机制；同时， 指出植物ＭｉｃｒｏＲＮＡ在植物与病原菌互作中的作用。今后应加强ＭｉｃｒｏＲＮＡ在植物抗性机制中的研究，从而为植物 抗病性机制研究提供理论基础。 关键词：植物；ＭｉｃｒｏＲＮＡ；病原菌；互作；抗病性育种 中图分类号：Ｓ ４３２ 文献标志码：Ａ 文章编号：０５２８—９０１７（２０１１）０５—１０９２—０３
ＭｉｃｒｏＲＮＡ（ｍｉＲＮＡ）是由具有发夹结构的约 ７０～９０个碱基大小的单链ＲＮＡ前体经Ｄｉｃｅｒ酶加
工后生成的一种大小约２１～２３个碱基的单链小分
子ＲＮＡ，不同于ｓｉＲＮＡ（双链），但和ｓｉＲＮＡ密切
相关 。１９９３年Ｌｅｅ等在线虫体内首次发现
ｍｉＲＮＡ，随后多个研究小组在人类、果蝇、植物等
多种生物物种中鉴别出数百个ｍｉＲＮＡ ，２００２年 在拟南芥（Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ ｔｈａｌｉａｎａ）上鉴定了第１个
植物ｍｉＲＮＡ。到目前为止，已经有３２０种植物的
ｍｉＲＮＡ家族、多达上千条植物ｍｉＲＮＡ在ｍｉＲＢａｓｅ
序列数据库中登录，然而超过半数ｍｉＲＮＡ来自拟
南芥、杨树（Ｐｏｐｕｌｕｓ）和水稻（Ｏｒｉｚａ ｓａｔｉｖａ）。另
外，通过各种计算机软件或其他计算工具以及分子
生物学手段已经成功地预测和鉴定了大豆（Ｇｌｙｃｉｎｅ
ｍａｘ，）、玉米（Ｚｅａ ｍａｙｓ）、番茄（Ｓｏｌａｎｕｍ
ｌｙｃｏｐｅｒｓｉｃｕｍ）、棉花（Ｇｏｓｓｙｐｉｕｍ ｈｅｒｂａｃｅｕｍ）、柑橘 （Ｃｉｔｒｕｓ ｒｅｔｉｃｕｌａｔａ Ｂｌａｎｃｏ）、葡萄（Ｖｉｔｉｓ ｖｉｎｉｆｅｒａ）等
多种植物中已知的大多数ｍｉＲＮＡ Ｉ４ 。据推测
ｍｉＲＮＡ在高级真核生物体内对基因表达的调控作
用可能和转录因子一样重要。ｍｉＲＮＡ可能代表在
一个新发现的层次上的基因表达调控方式 。
文章对植物ｍｉＲＮＡ的功能、分子进化、调控
机制以及在植物与病原菌互作中的作用进行综述， 旨在阐释植物ｍｉＲＮＡ在植物与病原菌互作与进化
中的重要作用，为抗病性机制研究提供理论基础，
从而为抗病性育种研究提供一定的研究线索与
基础。
１ 植物ＭｉｃｒｏＲＮＡ的生物合成及分子进化
ｍｉＲＮＡ基因首先在ＲＮＡ聚合酶Ⅱ的作用下转
录得到ｍｉＲＮＡ前体（ｐｒｉ—ｍｉＲＮＡ），由ＨＡＳＴＹ （ＨＳＴ）蛋白负责转运至核外，再经类Ｄｉｃｅｒ的
ＤＣＬ（Ｄｉｃｅｒ—ｌｉｋｅ ｐｒｏｔｅｉｎ）酶加工剪切为成熟
ｍｉＲＮＡ分子。成熟的ｍｉＲＮＡ来源于发夹结构的任
意端臂，大多数ｍｉＲＮＡ位置上起源于５ 臂，可能 是由于５ 臂动力学不稳定性引起。。 。
最初认为，ｍｉＲＮＡ在所有植物物种间都是保 守的，但随后发现，拟南芥的一些ｍｉＲＮＡ在水稻
中并不存在。Ａｌｉｅｎ等提出了植物ｍｉＲＮＡ进化模
型，把ｍｉＲＮＡ分为“古老的”和“现代的”２类：
“古老的”ｍｉＲＮＡ在植物分化为不同类群之前就已 进化完成，这类ｍｉＲＮＡ是保守的；而“现代的”
ｍｉＲＮＡ则是在现有植物种群都出现后才开始进化， 是非保守的 。对于ｍｉＲＮＡ基因簇而言，它们在
不同物种之间除了序列的保守性，还涉及比如基因 排列的共线性（Ｓｙｎｔｅｎｙ）、重复拷贝的数量等一些
收稿日期：２０１１－０５—０５ 基金项目：国家烟草专卖局项目（１１０２０１００２００２）；“烟草行业烟草遗传育种重点实验室”开放课题（ＴＢ２０１００６） 作者简介：耿锐梅（１９８０一），女，云南人，助理研究员，博士，主要从事植物抗病性育种研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｅｎｇｒｍ２００４＠１６３．ｔｏｍ 注：罗成刚系通信作者，Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｔｓｑｚ＠１６３．ｎｅｔ。
耿锐梅，等：植物Ｍｉｃｒ。ＲＮＡ研究进展及其在植物与病原菌互作中的作用匝冒
进化问题。植物基因组中的这２种重复机制也是
ｍｉＲＮＡ基因簇和基因家族进化的主要驱动力。由
此，ｍｉＲＮＡ基因簇的形成不是随机性的，而是在 自然选择过程中逐渐积累并得到固定的结果 。
２植物ＭｉｃｒｏＲＮＡ的功能调控与作用机制
近年来的研究揭示了ｍｉＲＮＡ生物学功能的多 样性与重要性¨ 。最为重要的功能是作为基因表
达的负调控因子，在转录后水平调节靶基因的表
达，调控生物体的正常发育。ｍｉＲＮＡ介导的转录
后基因调控是生物体内除了ｓｉＲＮＡ（ｓｍａｌｌ
ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ＲＮＡ）引起的ＲＮＡ沉默之外的另一条 小ＲＮＡ（ｓｍａｌｌ ＲＮＡ，ｓＲＮＡ）调控路径。ｍｉＲＮＡ参
与调控植物的生长发育，例如ｍｉＲ３９６在叶子形态 构建中调控细胞的分裂和分化¨ ，在调控开花时
间的ｍｉＲＮＡ家族成员中：ｍｉＲ１５６主要调控植物生
长周期转变；ｍｉＲ１７２通过调控ＡＰ２类基因，控制
开花时间和花器官的形成 ；ｍｉＲ１５９／ｍｉＲ３１９的 过量表达均会引起一些花发育障碍如花期延迟 。
ｍｉＲＮＡ在多种非生物与生物胁迫响应中发挥重要
作用：例如ｍｉＲ３９８是第１个被报道的受氧化胁迫 负调控的ｍｉＲＮＡ，它通过负调控其靶基因Ｃｕ／Ｚｎ
过氧化物歧化酶（Ｃｕ／Ｚｎ—ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅ ｄｉｓｍｕｔａｓｅ，
ＣＳＤ）的表达，在多种逆境胁迫响应中扮演重要角
色，如调节铜代谢平衡，应答重金属、蔗糖、臭氧 等非生物胁迫，以及参与应答生物胁迫等 。
例如，ｍｉＲ３９３，ｍｉＲ１５９和ｍｉＲ１６４的表达就分别受
到脱落酸、赤霉酸和生长素的调控 。另外，由
生物或非生物导致的植物叶片卷曲与ｍｉＲ１６６相 关 。据推测ｍｉＲＮＡ在植物对不同Ｎ素条件的适
应中有重要作用 。除了在转录后水平和翻译水
平上起作用外，ｍｉＲＮＡ还参与基因的甲基化和异源
染色体形成继而沉默目的基因。ｍｉＲＮＡ的存在，
对生物正常发育的生理过程起着极为重要的调控 作用 。
ｍｉＲＮＡ的功能及作用机制方面的研究是当前
生命科学研究的前沿热点之一，ｍｉＲＮＡ主要机制
是抑制靶基因的翻译表达，并通过ｍＲＮＡ３ 端脱腺 苷酸化导致整个ｍＲＮＡ的降解 。对ｍｉＲＮＡ机制
的研究，研究人员陆续提出了翻译起始抑制、翻译
起始后抑制、ｍＲＮＡ降解、Ｐ小体（Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
Ｂｏｄｙ），ＳＧ（Ｓｔｒｅｓｓ Ｇｒａｎｕｌｅｓ）颗粒扣押靶ｍＲＮＡ
等假说模型，从而阐述ｍｉＲＮＡ如何抑制其靶基因
的表达。最近还有文献报道了一些全新的ｍｉＲＮＡ 作用方式，如去抑制和ｍｉＲＮＡ激活作用等。
Ｓａｎｄｂｅｒｇ他们发现，一些在增殖细胞中表达的
ｍＲＮＡ ３ ＵＴＲ保守性地缩短，导致ｍｉＲＮＡ的靶位
点减少，从而产生了一种避免ｍｉＲＮＡ的负调控作
用的一种逃避ｍｉＲＮＡ抑制的新方式 。
３植物ＭｉｃｒｏＲＮＡ在植物与病原菌互作中的作用
ｍｉＲＮＡ不仅参与了植物器官的形态建成，还
参与调控植物的信号转导系统，对植物正常生长发
育起着极其重要的作用。ｍｉＲＮＡ介导的基因表达
调控其独特性还在于其靶基因的多样性及其调控的
反馈控制机制，如近来在植物中一个有趣的发现是
２个在ｍｉＲＮＡ途径上起重要作用的基因ＤＣＬ１和
ＡＧＯ１，各自受到ｍｉＲ１６２和ｍｉＲ１６８的负调控。不
仅如此，ｍｉＲＮＡ还在植物的抗病反应中发挥着非
常重要和特殊的作用 。
越来越多的研究表明，ｍｉＲＮＡ是植物防御反
应和免疫应答元件的组成部分，植物通过重组和微
调ｍｉＲＮＡ的基因表达来应对各种植物病原菌的诱
导或是抑制作用。这种逆境诱导的基因沉默是通过
ｍｉＲＮＡ的分裂／降解、或者是翻译阻遏作用、或者
是ＤＮＡ甲基化或染色质的改变来实现。在植物与
病原菌互作中，病毒和细菌形成基因沉默抑制子
（ＶＳＲｓ和ＢＳＲｓ）来抑制寄主植物的ＲＮＡｉ机制及
抗性。与此同时，为了达到与病原菌的协同进化目
的，寄主植物产生能识别基因沉默抑制子、诱导抗
病性反应的Ｒ蛋白。病毒编码的沉默抑制子与宿
主植物ｍｉＲＮＡ／ｓｉＲＮＡ介导的沉默途径之间的相互
作用，以及来源于病毒的小ＲＮＡ参与植物的抗病
反应等，这些新的发现极大地扩展了人们对植物与
病原菌之间相互作用机制的认识 。
高新生物技术如核酸高通量测序技术、深度测
序技术与ｍｉＲＮＡ基因合成测序、基因芯片技术、
生物信息学中ｍｉＲＮＡ基因及靶基因预测方法、基
因发现和功能验证方法、表达序列标签分析等分子
实验手段相结合，使得越来越多的新的ｍｉＲＮＡ、
候选ｍｉＲＮＡ基因以及非保守ｍｉＲＮＡ相继被发
现 。期望新的ｍｉＲＮＡ及靶基因的发现有助
于发现植物抗病信号传导途径中的新元件，从而有
助于更深入地理解植物免疫机制。期望越来越多的
植物病原菌基因沉默抑制子的发现，有助于提高对
植物病原菌与寄主互作和共进化的理解，进而为植
物抗病性育种提供研究线索和理论基础 。
圆 澎江雇 种学 ２０１１年第５期
参考文献： ［１５］
［１］ Ｊｏｎｅｓ－Ｒｈｏａｄｅｓ Ｍ Ｗ，Ｂａｒｔｅｌ Ｄ Ｐ，Ｂａｒｔｅｌ Ｂ．ＭｉｃｒｏＲＮＡｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｒｅｇｕｌａｔ。ｒｙ ｍｌｅｓ ｉｎ ｐ１ａｎｔｓ［Ｊ］．Ａｎｎｕ Ｒｅｖ ＰＩａｎｔ Ｂｉ。１， Ｆ１６］
２００６，５７：１９—５３． ［２］
［３］
［４］
［５］
［６］
［７］
［８］
［９］
［１０］
［１２］
［１３］
［１４］ 郭志云，茆灿泉，熊莉丽．ＭｉｃｒｏＲＮＡ参与下的ｐ５３调控网 络［Ｊ］．中国生物工程杂志，２０１０，３０（１１）：７９．８２． 宋长年，贾启东，王晨．３２种果树ｍｉｃｒｏＲＮＡ的生物信息 学预测与分析［Ｊ］．园艺学报，２０１０，３７（６）：８６９—８７９． Ｈｅ Ｘ Ｆ，Ｆａｎｇ Ｙ Ｙ，Ｆｅｎｇ Ｌ，ｅｔ ａ１．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｓｅｒｖｅｄ ａｎｄ ｎｏｖｅｌ ｍｉｃｒｏＲＮＡｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｔａｒｇｅｔｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａ ＴｕＭＶ－ｉｎｄｕｃｅｄ ＴＩＲ－ＮＢＳ—ＬＲＲ ｃｌａｓｓ Ｒ ｇｅｎｅ—ｄｅｒｉｖｅｄ ｎｏｖｅｌ ｍｉＲＮＡ ｉｎ Ｂｒａｓｓｉｃａ［Ｊ］．ＦＥＢＳ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００８，５８２： ２４４５．２４５２． Ｍｅｎｇ Ｙ Ｊ，Ｓｈａｏ Ｃ Ｇ，Ｃｈｅｎ Ｍ．Ｔｏｗａｒｄ ｍｉｃｒｏＲＮＡ—ｍｅｄｉａｔｅｄ ｇｅｎｅ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｉｎ ｐｌａｎｔｓ［Ｊ］． Ｂｒｉｅｆｉｎｇｓ ｉｎ Ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ，２０１１，２３：１－１５． 王天宇，董园园，李海燕．ＭｉｃｒｏＲＮＡｓ的分子进化与调控 机制［Ｊ］．遗传，２０１０，３２（９）：８７４—８８０． Ｂａｒｔｅｌ Ｄ Ｐ．ＭｉｃｒｏＲＮＡｓ：Ｇｅｎｏｍｉｃｓ，Ｂｉｏｇｅｎｅｓｉｓ，Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ， ａｎｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｅｌｌ，２００４，１１６：２８１－２９７． Ｋｕｒｉｈａｒａ Ｙ，Ｗａｔａｎａｂｅ Ｙ．Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ ｍｉｃｒｏ—ＲＮＡ ｂｉｏｇｅｎｅｓｉｓ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｄｉｃｅｒ－ｌｉｋｅｌ ｐｒｏｔｅｉｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＰＮＡＳ，２００４，１０１ （３４）：１２７５３－１２７５８． 许振华，谢传晓．植物ｍｉｃｒｏＲＮＡ与逆境响应研究进展 ［Ｊ］．遗传，２０１０，３２（１０）：１０１８．１０３０． 张雁峰，张锐，宿兵．ＭｉｃｒｏＲＮＡ基因簇的多样性与进化 ［Ｊ］．中国科学Ｃ辑：生命科学，２００９，３９（１）：１１４．１２０． Ｅｄｗａｒｄｓ Ａ，Ｚｈｉ Ｘ Ｘ，Ｇｕｓｔａｆｓｏｎ Ａ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏＲＮＡ ｇｅｎｅｓ ｂｙ ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｄｕｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔａｒｇｅｔ ｇｅｎｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ｉｎ Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ ｔｈａｌｉａｎａ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ Ｇｅｎｅｔｉｃｓ， ２００４，３６（１２）：１２８２－１２９０． Ｗｉｌｌｍａｎｎ Ｍ Ｒ，Ｐｏｅｔｈｉｇ Ｒ Ｓ．Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉＲＮＡ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ ｐｒｏｇｒａｍｓ ｉｎ ｐｌａｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｏｐｉｎｉｏｎ ｉｎ Ｐｌａｎｔ Ｂｉｏｌｏｇｙ，２００７，１０：５０３—５１１． Ｌｏｈ Ｙ Ｈ Ｅ，Ｙｉ Ｓ Ｖ．Ｓｔｒｅｅｌｍａｎ Ｊ Ｔ．ＭｉｃｒｏＲＮＡｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｖｅｒｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｐｅｃｉｅｓ［Ｊ］．Ｇｅｎｏｍｅ Ｂｉｏｌ Ｅｖｏｌ，２０１１（３）： ５５．６５ Ｗａｎｇ Ｌ，Ｇｕ Ｘ Ｌ，Ｘｕ Ｄ Ｙ．ｍｉＲ３９６－ｔａｒｇｅｔｅｄ ＡｔＧＲＦ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒｓ ａ ｒｅｒｅｑｕｉｒｅｄ ｆｏｒ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｌｌ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｌｅａｆ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｂｏｔａｎｙ，２０１１，６２（２）：７６１ ７７３． ［１７］