miR172參與植物發(fā)育調(diào)控的研究進(jìn)展

徐子涵 胡鳳榮

（南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，南京 210037）

microRNAs（miRNAs）是一類長(zhǎng)度為19-25 nt的非編碼小分子RNA［1］，由較長(zhǎng)的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物primiRNA自身折疊成具莖環(huán)結(jié)構(gòu)的前體pre-miRNA，再經(jīng)過剪切、甲基化、切割、解旋等過程后形成［2-3］，可通過剪切靶基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物或抑制蛋白質(zhì)翻譯發(fā)揮負(fù)調(diào)控基因表達(dá)的作用［4］，在動(dòng)物和植物中均有發(fā)現(xiàn)。近幾年研究表明，植物中的miRNA對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育、信號(hào)傳導(dǎo)及逆境響應(yīng)等多個(gè)生物學(xué)過程均起到調(diào)控作用，且許多miRNA可以調(diào)控多個(gè)器官的生長(zhǎng)發(fā)育［5］。因此，分別掌握不同miRNA的結(jié)構(gòu)、表達(dá)特點(diǎn)及功能對(duì)探究植物的發(fā)育生物學(xué)具有重要意義。

microR172（miR172）是在植物中最早被克隆出的miRNA之一，在植物中廣泛存在，被認(rèn)為在植物發(fā)育中起到基礎(chǔ)性的作用［6］。近年來，miR172通過調(diào)控APETALA2（AP2）類基因，如TARGET OF EAT1（TOE1）、TOE2、TOE3、SCHLAFMüTZE（SMZ）和SCHNARCHZAPFEN（SNZ），在植物的開花誘導(dǎo)、花器官形態(tài)建成、果實(shí)成熟、葉片和根的生長(zhǎng)等各器官的發(fā)育過程中的作用逐漸得到挖掘。本文對(duì)近20年來miR172參與植物發(fā)育調(diào)控的研究進(jìn)行綜述，包括對(duì)營(yíng)養(yǎng)器官、生殖器官和其他器官發(fā)育的調(diào)控及對(duì)發(fā)育階段過渡的影響，以期為miRNA的進(jìn)一步研究提供參考。

1 miR172在植物營(yíng)養(yǎng)器官發(fā)育中的功能

1.1 miR172參與調(diào)控植物葉片的發(fā)育

miR172參與營(yíng)養(yǎng)器官發(fā)育的研究較少，主要集中在葉片、塊莖和根中。2002年，Park等［6］最初在擬南芥（Arabidopsis thaliana）中發(fā)現(xiàn)，Dicer的同源基因——CAF（carpel factory）及一個(gè)新基因HEN1的突變導(dǎo)致了相似且多方面的發(fā)育缺陷，研究者在突變體植株中通過RNA濾膜雜交發(fā)現(xiàn)，miR172在莖和葉中的積累量較高，且隨著生長(zhǎng)天數(shù)的增加積累量逐漸升高，初步推測(cè)miR172在營(yíng)養(yǎng)器官發(fā)育中起到一定的作用，并受時(shí)空的調(diào)控。

為驗(yàn)證這種作用，Chen［7］將MIR172a-1在擬南芥植株過度表達(dá)，發(fā)現(xiàn)miR172含量的升高導(dǎo)致莖生葉上出現(xiàn)柱頭組織，且蓮座葉向上卷曲，這提示AG（AGAMOUS）mRNA的含量升高，表明miR172可能調(diào)控AG基因的表達(dá)；Wu等［8］表達(dá)35S∷miR172b的植物葉原基較正常提前產(chǎn)生了毛狀體，與TOE1和TOE2的單、雙突變體的表現(xiàn)一致，證明miR172通過調(diào)控TOE1和TOE2的表達(dá)促進(jìn)擬南芥葉片表皮特征的形成。另外，鑒于葉片生長(zhǎng)與激素信號(hào)傳導(dǎo)的密切關(guān)系，Kim等［9］研究表明一種bak1-SUP1擬南芥植株表現(xiàn)出長(zhǎng)而窄的蓮座葉和更高的油菜素類固醇（Brassinolide，BR）敏感性，通過分析發(fā)現(xiàn)miR172在該植株中過度積累，分離單個(gè)miR172-D突變體后的詳細(xì)表型分析表明，過表達(dá)miR172促進(jìn)了成體植物葉片的伸長(zhǎng)，表明miR172通過調(diào)節(jié)BR敏感性來調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)模式。

同時(shí)，實(shí)時(shí)熒光定量PCR結(jié)果顯示，龍眼（Dimocarpus longan）中dlo-miR172-scaffold4293在葉片中特異地高表達(dá)［10］；在文心蘭（Oncidium hybridum）中，miR172a在葉中也大量表達(dá)，并與候選靶標(biāo)Unigene0031619（p21-活化蛋白激酶）、Unigene0020903（E3泛素蛋白連接酶）和Unigene0037064（肌球蛋白）的表達(dá)呈負(fù)調(diào)控關(guān)系［11］，表明miR172及其靶基因在其他植物葉片的生長(zhǎng)發(fā)育中同樣也具有調(diào)控功能，但尚未進(jìn)行轉(zhuǎn)基因驗(yàn)證。

1.2 miR172參與調(diào)控植物根的發(fā)育

根作為植物地下部分的重要器官，其發(fā)育的重要性影響整個(gè)植物的生長(zhǎng)。Kim等［9］對(duì)擬南芥miR172-D突變體的詳細(xì)表型分析表明，過表達(dá)miR172促進(jìn)了幼苗的根和下胚軸伸長(zhǎng)，使其在介質(zhì)中汲取更多養(yǎng)分；Shivaraj等［12］在芥菜（Brassica juncea）的根中也檢測(cè)到了較高含量的miR172，表明其在蕓苔屬根的發(fā)育過程中可能發(fā)揮額外的作用；在丹參（Salvia miltiorrhiza）發(fā)育中的qRT-PCR分析表明，miR156a和miR156b在根、莖和葉中的含量隨著丹參的生長(zhǎng)而降低，相反，miR172a和miR172b水平升高［13］，暗示miR172可能受miR156調(diào)控而與其共同參與根的發(fā)育調(diào)控過程。

豆科植物的根具有特殊功能，其皮層細(xì)胞因根瘤菌的侵入刺激能夠迅速分裂，而使根的局部體積膨大，形成根瘤［14］。根瘤菌從根瘤細(xì)胞中攝取水分和養(yǎng)料，同時(shí)也能固定游離氮、合成含氮化合物，為豆科植物所利用。從分子機(jī)制提高根瘤的數(shù)量和根的生長(zhǎng)能力均能影響豆科植物的固氮能力。Yan等［15］發(fā)現(xiàn)大豆（Glycine max）中的miR156調(diào)控miR172的表達(dá)并控制AP2轉(zhuǎn)錄因子的水平，AP2可直接或間接的調(diào)節(jié)非共生血紅蛋白的表達(dá)，以影響大豆根中的根瘤數(shù)量；Nova-Franco等［16］則用miR172的增加導(dǎo)致了AP2-1基因沉默，從而促進(jìn)了菜豆（Phaseolus vulgaris）根的生長(zhǎng)，從而增加了根瘤菌的侵染，提高了早期結(jié)瘤基因的表達(dá)和結(jié)瘤基因的自身調(diào)節(jié)能力，改善了結(jié)瘤和固氮。

1.3 miR172參與調(diào)控其他營(yíng)養(yǎng)器官的發(fā)育

某些植物所具有的特殊的營(yíng)養(yǎng)器官發(fā)育中不乏miR172的參與，除在文心蘭假鱗莖中觀察到miR172的高表達(dá)外［11］，在馬鈴薯（Solanum tuberosum）中過度表達(dá)miR172能夠在適度誘導(dǎo)的光周期下加速塊莖的形成。研究者進(jìn)一步探究發(fā)現(xiàn)，在PHYB（Photoreceptor phytochrome B）豐度較低的長(zhǎng)日照植株中，葉片中BEL5的mRNA和miR172的水平降低，而在匍匐莖中增加；同時(shí)，過表達(dá)miR172的植物中BEL5的mRNA水平增加。此外，一個(gè)AP2-like的mRNA鑒定表明，它含有miR172的結(jié)合位點(diǎn)，在PHYB中沉默，且miR172過表達(dá)的植物中下調(diào)。結(jié)果表明，miR172及其靶基因AP2-like在馬鈴薯塊莖抑制因子PHYB的下游和馬鈴薯塊莖啟動(dòng)子BEL5的上游起作用［17］。

另 外，Zhao等［18］在 過 表 達(dá)miR172靶 基 因GmTOE4a的大豆株系中還發(fā)現(xiàn)了其調(diào)節(jié)多個(gè)營(yíng)養(yǎng)器官的現(xiàn)象，包括增加莖粗、降低株高、縮小節(jié)間長(zhǎng)度和葉片大小等性狀，影響整個(gè)植物的形態(tài)，以提高大豆的產(chǎn)量和抗倒伏能力，暗示了miR172還具有諸多潛在功能等待挖掘。

2 miR172在植物生殖器官發(fā)育中的功能

2.1 miR172參與調(diào)控植物的花發(fā)育

2.1.1 miR172參與調(diào)控開花時(shí)間 Aukerman等［19］首次發(fā)現(xiàn)了miR172對(duì)于開花時(shí)間的調(diào)控作用，使用激活標(biāo)記的方法證實(shí)miR172在擬南芥中過度表達(dá)時(shí)，通過翻譯機(jī)制下調(diào)其靶基因AP2家族的表達(dá)。不僅由于AP2本身的AP2蛋白水平顯著降低，導(dǎo)致擬南芥提前開花，同時(shí)，miR172還可抑制TOE1和TOE2的表達(dá)，這兩個(gè)基因作為成花抑制因子，在控制開花時(shí)間方面也起到一定的作用。該研究還構(gòu)建了一個(gè)miR172對(duì)開花時(shí)間的調(diào)控模型，miR172的瞬時(shí)表達(dá)導(dǎo)致AP2-like靶基因在翻譯水平上瞬時(shí)下調(diào)，一旦靶蛋白降低到臨界閾值以下，就會(huì)觸發(fā)開花。光周期是調(diào)控高等植物開花的主要途徑，隨著晝夜節(jié)律的改變，會(huì)引起一部分基因含量發(fā)生變化，致使植物提前或推遲開花。在擬南芥中，Schmid等［20］發(fā)現(xiàn)了潛在的一大批在光周期誘導(dǎo)下被下調(diào)的花抑制因子，其中包括2個(gè)能夠抑制開花的AP2結(jié)構(gòu)域的編碼基因——SMZ和SNZ，它們與miR172有部分互補(bǔ)的特征。Jung等［21］證明，GI（GIGANTEA）介導(dǎo)的光周期開花受2種不同遺傳途徑的協(xié)同作用控制：一種通過CO（CONSTANS）介導(dǎo)；另一種則通過miR172及其靶基因TOE1誘導(dǎo)的獨(dú)立于CO的FT（FLOWERING LOCUS T）來進(jìn)行調(diào)控。Zhao等［18］在大豆過表達(dá)GmTOE4a的株系中均出現(xiàn)了晚花現(xiàn)象，并且抑制了包括GmFT2a、GmFT5a、GmAP1和GmLFY在內(nèi)的與開花相關(guān)的基因，開花抑制因子GmFT4和miR156的表達(dá)則被上調(diào)，GmTOE4a也通過編碼大豆光受體的成熟基因E3和E4在光周期中介導(dǎo)；但與在擬南芥中不同，miR172介導(dǎo)的GmTOE4a同時(shí)也依賴于CO-like基因GmCOL1a發(fā)揮作用。

光敏色素是光信號(hào)的受體，Lee等［22］在水稻（Oryza sativa）中發(fā)現(xiàn)，光敏色素可負(fù)調(diào)控miR172d以抑制AP2家族中OsIDS1和SNB的表達(dá)，從而誘導(dǎo)開花；且2個(gè)成花基因Hd3a和RFT1及其直接上游調(diào)控基因Ehd1在OsIDS1和SNB的過表達(dá)植株中受到抑制。其他激素也可與光周期協(xié)同發(fā)揮作用，Glazińska等［23］從牽牛（Ipomoea nil）的子葉中分離到了一個(gè)編碼InAP2-like轉(zhuǎn)錄因子的全長(zhǎng)cDNA，該序列與擬南芥TOE1的cDNA具有顯著的相似性，并含有與miR172互補(bǔ)的核苷酸。半定量RT-PCR和原位雜交結(jié)果表明，InAP2-like轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的積累量較高，尤其是在5日齡幼苗的子葉中，而在之后16 h的暗處理期間，InAP2表達(dá)增加，miR172積累減少。生長(zhǎng)激素和乙烯處理以及夜間休眠，完全消除了牽牛的開花誘導(dǎo)，導(dǎo)致牽牛子葉中InAP2-like的mRNA水平下降，提示miR172和InAP2參與了牽牛的開花誘導(dǎo)機(jī)制。

除此之外，在過表達(dá)miR172的蘋果（Malus pumila）和小桐子（Jatropha curcas）植株中，均觀察到了提前開花的現(xiàn)象［24-25］；Li等［26］在miR172過表達(dá)和被抑制的轉(zhuǎn)基因大巖桐（Sinningia speciosa）植株中也分別觀察到早、晚開花，且發(fā)現(xiàn)是由于miR172表達(dá)水平的改變導(dǎo)致了花發(fā)育過程中SsAP2-like的上調(diào)或下調(diào)，從而影響了植物的開花時(shí)間。Wang等［27］對(duì)歐洲油菜（Brassica napus）的19個(gè)euAP2基因進(jìn)行了RNA-seq和qRT-PCR分析，得出BnaAP2-1、BnaAP2-5和BnaTOE1-2在晚花期材料中的表達(dá)水平高于早花期材料，說明它們可能具有抑花作用?？梢?，miR172對(duì)于開花時(shí)間的調(diào)控幾乎全部是由于AP2類基因?qū)е碌摹?/p>

2.1.2 miR172參與調(diào)控花器官形態(tài)建成 花卉發(fā)育的ABC模型乃至ABCDE模型解釋了幾類同源基因如何賦予萼片、花瓣、雄蕊、雌蕊群（心皮）和胚珠5種類型花器官的身份［28-30］。在擬南芥中，細(xì)胞分化、同源基因結(jié)構(gòu)域的劃分等花模式建成過程是通過兩種同源基因AP2和AG的拮抗作用來確定的，它們分別代表A類和C類基因，miR172可通過調(diào)控這兩類基因的表達(dá)影響花器官形態(tài)建成。

在花發(fā)育過程中，AP2類基因在分生組織和器官識(shí)別中起著至關(guān)重要的作用。Aukerman等［19］證實(shí)miR172在擬南芥下調(diào)了AP2的表達(dá)，導(dǎo)致了第二輪花器官（花瓣）的缺失。Chen［7］同樣發(fā)現(xiàn)miR172可與AP2的mRNA進(jìn)行堿基配對(duì)，主要通過翻譯來調(diào)控AP2的表達(dá)，miR172的積累量升高導(dǎo)致了花器官識(shí)別缺陷，如第一輪花器官向心皮轉(zhuǎn)化，類似于功能缺失的AP2突變體；而當(dāng)AP2的RNA水平升高，miR172堿基配對(duì)中斷，則會(huì)導(dǎo)致AP2蛋白水平升高和嚴(yán)重的花器官數(shù)量不確定性。Mlotshwa等［31］進(jìn)一步在本氏煙草中證實(shí)了這一結(jié)果，制備了過表達(dá)擬南芥AP2（35S∷AP2）、MIR172抗 性AP2突 變 體（35S∷AP2m3）和MIR172a-1（35S∷MIR172）的 轉(zhuǎn) 基 因 本 氏 煙 草（Nicotiana benthamiana）株系，檢測(cè)到35S∷AP2m3植物中AP2mRNA和蛋白含量高，且出現(xiàn)花器官缺陷，花瓣、雄蕊和心皮增多，花器官數(shù)量的確定性喪失；而35S∷AP2植株中幾乎檢測(cè)不到AP2的mRNA或蛋白水平，數(shù)據(jù)表明其被本氏煙草的內(nèi)源miR172同源物所抑制；35S∷MIR172植株中則發(fā)生了萼片向花瓣的轉(zhuǎn)變，以及萼片和花瓣數(shù)量的增多，表明本氏煙草的正常花正在被同源基因的功能所干擾。另外，其他AP2類基因也具有此功能，Jung等［32］證明了miR172介導(dǎo)的TOE3對(duì)擬南芥花模式形成的抑制是關(guān)鍵，TOE3可與AG基因的第二內(nèi)含子結(jié)合或與AP2直接發(fā)生相互作用，造成過表達(dá)miR172抗性的TOE3轉(zhuǎn)基因植株花型不確定，具有眾多雄蕊和心皮器官，這與之前在過表達(dá)miR172抗性AP2基因的轉(zhuǎn)基因植株中的表型一致。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在花發(fā)育過程中，抑制干細(xì)胞的活動(dòng)可維持花發(fā)育模式［33］。miR172介導(dǎo)的AP2的抑制對(duì)于花干細(xì)胞的調(diào)控和AG結(jié)構(gòu)域的表達(dá)至關(guān)重要，因miR172和AG在花模式建成中具有重疊但不同的發(fā)育功能，因此研究者得出，miR172是通過調(diào)節(jié)AG-AP2拮抗組的活性輸出，賦予這對(duì)基因一系列的發(fā)育功能［34］。但AP2作為A類基因，其mRNA主要聚集在花的外輪，而miR172從早期開始就局限于幼花原基的中心，AP2的表達(dá)模式僅短暫的與miR172的模式重疊。AG會(huì)在花分生組織中心終止干細(xì)胞的增殖，實(shí)驗(yàn)表明，AP2可以引起明顯的花器官增殖缺陷，但這些缺陷并不僅限于花分生組織的中心；此外，AP2從未均勻的擴(kuò)展到AG突變體花的中心，且miR172很大程度上不受AG活性喪失的影響。因此研究者認(rèn)為，雄蕊或是花瓣等花器官的發(fā)育基于AP2和AG之間活性的平衡，而非二者之間互相排斥［35］。此外，POWERDRESS（PWR）作為一個(gè)編碼SANT結(jié)構(gòu)域蛋白的非特異基因，在擬南芥中，MIR172a、MIR172b和MIR172c還可被PWR促進(jìn)轉(zhuǎn)錄在花干細(xì)胞發(fā)育終止中發(fā)揮作用，以促進(jìn)花確定性的形成［36］。

除擬南芥，miR172-AP2在其他植物中的這一功能也逐步得到證實(shí)。對(duì)于經(jīng)濟(jì)植物而言，花器官形態(tài)建成對(duì)于果實(shí)、種子及其他經(jīng)濟(jì)器官發(fā)育的重要性不言而喻。藏紅花（Crocus sativus）的雄蕊具有極大的藥用價(jià)值，Tsaftaris等［37］比較了3個(gè)AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子家族的AP2-like基因在藏紅花野生型和無雄蕊和心皮突變體中的表達(dá)，二者中均檢測(cè)到了AP2-like轉(zhuǎn)錄本的存在，暗示它以不同的機(jī)制控制花器官的發(fā)育。Li等［38］、王濤等［39］、張舒婷等［10］、李文靜等［40］、Wang等［27］結(jié)合生物信息學(xué)和RTPCR分別對(duì)番茄（Solanum lycopersicum）、大豆、龍眼、芥藍(lán)（Brassica alboglabra）和歐洲油菜中miR172或AP2類轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)模式和功能特征進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)它們?cè)谥参锘ㄆ鞴僦斜磉_(dá)量較高，提示它們?cè)谡{(diào)節(jié)該器官發(fā)育方面具有重要的功能。

該類植物的轉(zhuǎn)基因試驗(yàn)也不在少數(shù)，Zhao等［24］在蘋果的品種‘Royal Gala’分離出來Md-miR172e及其在翻譯水平上調(diào)控的靶基因MdAP2，將MdmiR172在擬南芥中過度表達(dá)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株在長(zhǎng)日照下出現(xiàn)了早花和花器官缺陷的現(xiàn)象，表明miR172及其靶基因AP2-like參與了開花時(shí)間和花器官發(fā)育的調(diào)控過程；Tang等［25］對(duì)多年生木本油料能源植物小桐子進(jìn)行了轉(zhuǎn)基因試驗(yàn)，JcmiR172a轉(zhuǎn)基因小桐子的每輪花器官均有缺失；進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因小桐子花序分生組織決定基因JcSOC1和JcSEP2的表達(dá)量大幅上升，但花器官發(fā)育相關(guān)基因JcAP2、JcAP3、JcAG、JcSEP1和JcSEP3的 表 達(dá)量顯著降低。Shivaraj等［41］從蕪青（Brassica rapa）和芥菜中分離到AP2的4個(gè)基因組，生殖階段的高表達(dá)水平提示AP2參與了蕓苔屬花的發(fā)育；通過對(duì)miR172（miR172b、miR172d和miR172e）和靶基因AP2突變體間雜交能的分析，發(fā)現(xiàn)二者結(jié)合的總自由能不同，這表明油菜中存在復(fù)雜的相互作用模式；該研究小組在2018年又比較了蕓苔屬中代表不同亞基因組和前體基因組的MIR172變異的功能，結(jié)果顯示，在所有轉(zhuǎn)基因系中都顯示出加速開花的現(xiàn)象。另外，除35S∷MIR172e和35S∷MIR172e’外，其余功能系均表現(xiàn)出花瓣缺失、萼片心皮化等花器官缺陷［42］。

單子葉的禾本科經(jīng)濟(jì)植物的穗發(fā)育中也不乏miR172的參與。玉米（Zea mays）和水稻的穗常為圓錐花序，玉米穗又分為雌穗和雄穗。Chuck等［43］發(fā)現(xiàn)玉米的Tasselseed4（Ts4）編碼miR172，該miRNA通過靶向indeterminate spikelet1（ids1）來控制性別決定和分生組織細(xì)胞的命運(yùn)；在玉米雌穗發(fā)育過程中，miR172可能對(duì)花器官的形成也起到關(guān)鍵的調(diào)控，在玉米中miR156a-l從玉米幼穗到成熟過渡階段可能作用于幾個(gè)SPL基因，并通過它們間接地激活miR172。miR172已被證明能夠下調(diào)基因GL15（Glossy15），促進(jìn)幼穗階段的維持［44］。同時(shí)，miR172控制IDS1（Indeterminate Spikelet 1）和SID1（Sister Indeterminate Spikelet 1），通過翻譯抑制和mRNA降解方式，對(duì)啟動(dòng)花分生組織和控制小穗分生組織起決定作用［45］；趙曉鋒等［46］對(duì)玉米的降解組測(cè)序數(shù)據(jù)分析也表明，miR172a、miR172e參與細(xì)胞分化、種子發(fā)育、花器官發(fā)育、分生組織保持等過程。Zhu等［47］發(fā)現(xiàn)miR172b在水稻中的過表達(dá)延緩了小穗分生組織向花分生組織的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致了花發(fā)育缺陷，包括花器官數(shù)量和性狀的改變和生育力的降低，與SNB突變體的植株對(duì)比和分析發(fā)現(xiàn)，miR172可能通過翻譯抑制SNB，從而阻礙水稻小穗的發(fā)育。

大麥（Hordeum vulgare）和小麥（Triticum aestivum）的麥穗則是一個(gè)穗狀花序，在花序主軸兩側(cè)著生有許多小穗，每一小穗的基部有2個(gè)較大的硬片，稱為穎片；在穎片內(nèi)小穗基部可育的僅2-3朵花外面又有2片鱗片狀的薄片，為外稃和內(nèi)稃，內(nèi)稃內(nèi)側(cè)基部的2個(gè)較小薄片稱漿片。漿片吸水膨脹，使內(nèi)外稃張開，花藥和柱頭露于花外，以利于傳粉。Brown等［48］曾在大麥的miR172中插入一個(gè)Ds元件，Ds-miR172突變體表現(xiàn)出小穗發(fā)育異常：小穗頂端部分的穎片轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠职l(fā)育的小花，穗基部表現(xiàn)出不定小穗分生組織莖發(fā)育的異常分枝型，每個(gè)分枝不再是單個(gè)小穗，而是由多個(gè)異常的小穗和其他花器官組成，這些異常與未能正確受到調(diào)控的AP2同源基因表型一致。tae-miR172的靶標(biāo)Q基因也在小麥穗結(jié)構(gòu)的形成中起著關(guān)鍵作用，Liu等［49］發(fā)現(xiàn)小麥tae-miR172的過表達(dá)導(dǎo)致穗的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，形成了一種有細(xì)長(zhǎng)軸的茅狀穗，小穗密度也顯著降低；Q蛋白定位于細(xì)胞核，并且具有轉(zhuǎn)錄抑制活性，同時(shí)可與小麥的轉(zhuǎn)錄抑制因子TaTPL（TOPLESS）發(fā)生物理作用，就此揭示了tae-miR172和轉(zhuǎn)錄副抑制因子TaTPL在控制小麥穗結(jié)構(gòu)中對(duì)Q蛋白的功能調(diào)控。Anwar等［50］對(duì)未成熟大麥穗的小RNA進(jìn)行了分析，原位雜交結(jié)果顯示，miR172和CLY（Cleistogamy 1）共定位于漿片原基，說明這兩個(gè)分子可能相互作用；免疫印跡分析顯示，在cly1中miR172靶位的序列多態(tài)性降低了CLY1蛋白的豐度，但沒有降低其轉(zhuǎn)錄的豐度；而在DS誘導(dǎo)的Hv-miR172a突變體中，沒有產(chǎn)生成熟的miR172a，導(dǎo)致漿片非常??；且漿片是小穗中僅有的CLY1和miR172表達(dá)重疊的器官，表明miR172通過介導(dǎo)CLY1介導(dǎo)大麥漿片的發(fā)育。之前已有人發(fā)現(xiàn)，在此類植物中，ABCDE模型也同樣適用，其中外稃相當(dāng)于花萼，漿片相當(dāng)于花瓣［51］，穎片的類似結(jié)構(gòu)尚不明確。而不同水平的miR172或其靶基因AP2L（AP2-like）2會(huì)導(dǎo)致穎片逐漸向外稃轉(zhuǎn)變，反之亦然，Debernardi等［52］進(jìn)一步證明了AP2L2及其同源基因AP2L5在腋生花分生組織和外稃的確定中起著關(guān)鍵的作用，AP2L2、AP2L5及雙突變體呈現(xiàn)出花和漿片器官的缺陷，包括漿片向心皮的轉(zhuǎn)化；AP2L2的miR172靶位點(diǎn)的突變與株高降低、小穗緊密和穎片向外稃的轉(zhuǎn)變和漿片變小有關(guān)?？傊?，miR172與AP2L的表達(dá)對(duì)小穗和小花的發(fā)育至關(guān)重要。

在觀賞植物中，首要的花發(fā)育異?，F(xiàn)象是重瓣表型，它意味著花產(chǎn)生額外的花瓣，有時(shí)甚至可能在花中包含整朵小花。由于其昂貴的觀賞價(jià)值，自然中的重瓣變種已被廣泛發(fā)現(xiàn)和研究。之前，月季（Rosa chinensis）中重瓣的形成被報(bào)道與分生組織中心AG結(jié)構(gòu)域的限制有關(guān)，F(xiàn)ran?ois等［53］進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在重瓣月季中，存在2個(gè)AP2-like等位基因，其中一個(gè)含有插入內(nèi)含子8的轉(zhuǎn)座元件，這一插入導(dǎo)致了miR172抗性RcAP2L變異體的產(chǎn)生。對(duì)一組存在該變異的單瓣和重瓣月季的分析表明，該等位基因的存在與重瓣表型之間存在相關(guān)性。以上數(shù)據(jù)表明，這種miR172抗性的RcAP2L變異體的產(chǎn)生在調(diào)節(jié)月季RcAG的表達(dá)和重瓣形成中起作用；同樣，石竹（Dianthus chinensis）也因AP2的miR172切割位點(diǎn)發(fā)生SNP突變，通過調(diào)控DcAG基因的表達(dá)，從而產(chǎn)生重瓣花［54］。另外，眭夢(mèng)潔等［55］通過熒光定量PCR檢測(cè)發(fā)現(xiàn)miR172在月季‘綠萼’的花瓣、雌、雄蕊中表達(dá)顯著下調(diào)，其預(yù)測(cè)的靶基因RcAP2在各器官中表達(dá)量顯著上調(diào)，提示miR172 可能通過負(fù)調(diào)控RcAP2的表達(dá)，在‘綠萼’花器官發(fā)育過程中起重要作用。Gattolin等［56］則分析了來自桃（Prunus persica）單瓣和重瓣系的基因組重排數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在編碼euAP2轉(zhuǎn)錄因子的Prupe.6G242400基因中的miR172的結(jié)合位點(diǎn)上有一個(gè)缺失，認(rèn)為該基因與花瓣數(shù)的控制有關(guān)，并發(fā)現(xiàn)它在花芽發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期表達(dá)。為進(jìn)一步證實(shí)該結(jié)果，研究者在重瓣月季的Prupe.6G242400同源基因中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)相似的突變，系統(tǒng)發(fā)育分析表明，這兩個(gè)基因均屬于擬南芥中未出現(xiàn)的EAT（TOE）型分支?？傊琺iR172對(duì)AP2類基因的調(diào)控在花器官的形態(tài)建成中起著至關(guān)重要的作用，并在植物物種間得以保存。

2.1.3 miR172參與調(diào)控其他花發(fā)育過程 花芽的休眠解除過程中可能也有miR172的參與。王晨等［57］利用半定量RT-PCR與實(shí)時(shí)熒光定量PCR（qRT-PCR）技術(shù)檢測(cè)‘藤稔’葡萄（Vitis vinifera）Vv-miR172c及其靶基因Vv-AP2在摘心處理后不同發(fā)育時(shí)期冬芽中的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)miR172表達(dá)水平明顯下降，且花序中有最低表達(dá)，相應(yīng)的靶基因在冬芽二次成花過程中的表達(dá)水平呈現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì)；并利用RLM-5'-RACE驗(yàn)證了miRNAs作用其靶基因的方式，發(fā)現(xiàn)miR172介導(dǎo)其靶基因AP2的mRNA裂解，裂解位點(diǎn)在miR172 5'端的第10和11位堿基之間。表明miR172c通過介導(dǎo)相應(yīng)靶基因的裂解調(diào)控其靶基因的表達(dá)，從而影響葡萄冬芽的二次成花。馬鑫瑞等［58］比較分析了從梨（Pyrus pyrifolia）花芽?jī)?nèi)休眠進(jìn)入到生態(tài)休眠解除的整個(gè)休眠轉(zhuǎn)換時(shí)期差異表達(dá)的miRNA，篩選出含cpa-miR172c-3p在內(nèi)的8個(gè)miRNA，其靶基因?yàn)榛ㄍ串愋偷鞍譇P2，在該研究中，aly-miR172c-3p和靶基因AP2的表達(dá)模式類似，兩者呈正相關(guān)調(diào)控。

眾所周知，閉鎖花在開放前釋放花粉，迫使具有這種習(xí)性的植物幾乎完全是自花的，miR172也可干預(yù)這一過程。Nair等［59］在大麥中克隆分離了Cly1，發(fā)現(xiàn)其編碼了一個(gè)包含2個(gè)AP2結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子和一個(gè)miR172的預(yù)測(cè)靶位點(diǎn)，是擬南芥AP2的同源基因。研究者發(fā)現(xiàn)，只有在非閉鎖受精的背景下才能檢測(cè)到miR172介導(dǎo)的mRNA裂解，結(jié)果表明，雖然miR172單核苷酸的替換導(dǎo)致了分子發(fā)育的失敗，從而產(chǎn)生了閉鎖受精的表型，但miR172對(duì)Cly1的下調(diào)促進(jìn)了小分子的發(fā)育，從而確保了非閉鎖受精，

2.2 miR172參與調(diào)控植物的果實(shí)和種子發(fā)育

過表達(dá)miR172通過抑制AP2對(duì)擬南芥果實(shí)生 長(zhǎng) 有 積 極 的 影 響［60-62］，如Ripoll等［60］發(fā) 現(xiàn)FRUITFULL（FUL）MADS結(jié)構(gòu)域蛋白和生長(zhǎng)素應(yīng)答因子ARFs可直接激活miR172編碼基因的表達(dá)以促進(jìn)果實(shí)瓣膜的生長(zhǎng)；而miR172對(duì)蘋果果實(shí)生長(zhǎng)有負(fù)面影響，導(dǎo)致果實(shí)尺寸顯著減小，miR172過表達(dá)水平極高的轉(zhuǎn)基因蘋果植株更是只產(chǎn)生由心皮組織組成的花，沒有雄蕊、花瓣和萼片，且不能產(chǎn)生果實(shí)［63-64］。擬南芥是一種由2心皮的子房發(fā)育成的角果，而蘋果是一種多肉的梨果，其果實(shí)主要來源于花托和子房。番茄作為一種來源于子房的肉質(zhì)漿果，miR172的高水平過表達(dá)導(dǎo)致了只有心皮的花，并發(fā)展成為孤雌果［65］。小桐子的蒴果在轉(zhuǎn)入JcmiR172a后則出現(xiàn)果實(shí)變長(zhǎng)，種子發(fā)育不正常，表現(xiàn)為部分種子敗育，成熟種子變大，但種子重量和含油率均降低。進(jìn)一步研究表明，miR172對(duì)不同植物種類果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育的影響取決于其果實(shí)類型。

此外，Karlova等［66］證實(shí)，番茄miR172的靶基因AP2a轉(zhuǎn)錄因子可通過調(diào)控乙烯生物合成和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)來調(diào)控果實(shí)成熟。雖然此類研究目前鮮見報(bào)道，但鑒于AP2類基因中有乙烯應(yīng)答轉(zhuǎn)錄因子的存在，這一方面仍值得繼續(xù)深究。

3 miR172在植物發(fā)育階段過渡中的功能

高等植物的一生要經(jīng)歷幼年、成年2個(gè)重要的生長(zhǎng)階段，其中成年又包括營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段和生殖生長(zhǎng)階段，每個(gè)生長(zhǎng)階段都呈現(xiàn)出各自的特征。從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)到生殖生長(zhǎng)階段的過渡則多以花器官的發(fā)育和生殖能力來鑒別［67］，在上文中已有提及，而從幼體到成體的轉(zhuǎn)變以葉片形態(tài)的變化為標(biāo)志，這主要是由于莖尖分生組織的時(shí)間發(fā)展引起的，這種現(xiàn)象被稱為異胚性（heteroblasty）［68］。

此前已有多個(gè)研究表明，在擬南芥、芥菜、水稻等植物材料中，miR172的表達(dá)均隨生長(zhǎng)天數(shù)的增加而增加［6，12，19，22］，證實(shí)其受到時(shí)間的調(diào)控，在植物發(fā)育階段過渡中起到一定的作用。Wu等［8］提出，擬南芥從幼年到成年的轉(zhuǎn)變是由順序操作的miRNA所介導(dǎo)的：miR156的表達(dá)在植物的幼年期至關(guān)重要，能夠通過抑制SPL轉(zhuǎn)錄因子，協(xié)調(diào)控制這一過程不同方面的多個(gè)途徑的表達(dá)來調(diào)節(jié)幼年向成年的轉(zhuǎn)變時(shí)間，同時(shí)，SPL9和SPL10可促進(jìn)miR172的轉(zhuǎn)錄。因此，miR172作用于miR156下游，并與miR156一起介導(dǎo)該過程。

除草本植物外，半木本多年生攀緣藤本植物在從幼體到成體的整個(gè)轉(zhuǎn)化過程中葉片形態(tài)也發(fā)生了顯著的變化，Silva等［69］在對(duì)雞蛋果（Passiflora edulis）葉片異胚性相關(guān)代謝產(chǎn)物的分析發(fā)現(xiàn)，miR156的積累與幼葉性狀相關(guān)，miR172的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物積累與成體葉片的性狀相關(guān)，表明這兩個(gè)miRNA共同起調(diào)節(jié)作用，導(dǎo)致幼體到成體階段的葉片形態(tài)轉(zhuǎn)變。

4 miR172在植物其他器官和組織發(fā)育中的功能

除在營(yíng)養(yǎng)器官和生殖器官的發(fā)育中，還有部分報(bào)道說明了miR172也參與了愈傷組織誘導(dǎo)、木質(zhì)部發(fā)育和木本植物嫁接等過程。Zhang等［70］比較了日本落葉松（Larix leptolepis）胚胎性愈傷組織和非胚胎性愈傷組織在傳代培養(yǎng)后第3天和第14天的miRNA表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)胚性愈傷組織中的miR159、miR169和miR172表 達(dá) 下 調(diào)，這3個(gè)miRNA家族均調(diào)控一組細(xì)胞分化發(fā)育重要的靶轉(zhuǎn)錄因子，包括MYB（miR159）、NF-YA（miR169）和APETALA2（miR172），且這3個(gè)家族也受到ABA的調(diào)控。進(jìn)一步揭示了日本落葉松胚性愈傷組織誘導(dǎo)的潛在機(jī)制。

木質(zhì)部是維管植物的運(yùn)輸組織，負(fù)責(zé)將根吸收的水分及離子往上運(yùn)輸，對(duì)其它營(yíng)養(yǎng)器官乃至生殖的生長(zhǎng)和發(fā)育起到了重要的作用。Tang等［25］研究表明，miR172還可影響木本植物木質(zhì)部的發(fā)育：超量表達(dá)JcmiR172a的小桐子木質(zhì)部明顯加厚，但是細(xì)胞體積變小，細(xì)胞密度增大，而韌皮部和髓部發(fā)育與之相反，表明JcmiR172通過增加木質(zhì)部的細(xì)胞數(shù)量增大木質(zhì)部的厚度。同時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因小桐子的木質(zhì)素和纖維素生物合成相關(guān)基因JcCAD6、

JcCCoAOMT、JcCesA1、JcCesA3、JcCesA4、JcCesA7

和JcCesA8的表達(dá)量明顯上升。該報(bào)道為木本植物運(yùn)輸組織發(fā)育調(diào)控的研究提供了新的思路。

Ahsan等［71］利用與幼年期和開花相關(guān)的miRNA——miR156和miR172及其可能的靶基因用于篩選不同組合的鱷梨（Persea americana）嫁接前和嫁接后的植物材料，結(jié)果表明，成熟的miR156、miR172及靶基因SPL4、AP2.7B的豐度與接穗和砧木的成熟程度有關(guān)，其中接穗為主要影響因素；另外，砧木上的葉片不僅能促進(jìn)嫁接成功，而且能影響接穗中miRNA和mRNA的豐度。

5 miR172參與植物發(fā)育的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

miR172及其靶基因并不是一個(gè)獨(dú)立參與植物發(fā)育的調(diào)控體系，它自身也受眾多因素的影響和調(diào)控。多細(xì)胞生物的生長(zhǎng)發(fā)育受到年齡的調(diào)控，在植物體內(nèi)，恰巧存在另一種保守的microRNA——miR156，與miR172相互作用，共同作為連接植物年齡與生長(zhǎng)發(fā)育的中介分子，調(diào)控植物叢幼體向成體的轉(zhuǎn)變。在擬南芥、巨桉（Eucalyptus grandis）、月季、丹參、木薯（Manihot esculenta）、小桐子、大麥等單、雙子葉植物的中相繼發(fā)現(xiàn)，在幼嫩組織和成熟組織，或在葉片、花蕾等器官中，miR156與miR172均呈現(xiàn)相反的表達(dá)模式［8，13，54，72-76］。研究者在模式植物擬南芥中對(duì)二者的作用關(guān)系作了進(jìn)一步的探究，Wu等［8］首先提出，miR156/157是通過調(diào)控其靶基因SPL9和SPL10以促進(jìn)miR172的轉(zhuǎn)錄，即miR172作用于miR156下游；Jung等［77］對(duì)其結(jié)論進(jìn)行了補(bǔ)充，發(fā)現(xiàn)miR156與miR172在AtSPL3/4/5基因上也存在信號(hào)交互。另外，miR156的靶基因SPL3還可直接激活TOE3的表達(dá)［32］，為miR156和miR172在花發(fā)育調(diào)控中建立了一種新的信號(hào)相互作用。

部分非miRNA的因素也可介導(dǎo)miR172的調(diào)控過程，如在擬南芥中，TuMV病毒編碼的RNA沉默抑制因子P1/HC-Pro，可能通過干擾Risc復(fù)合物的活性干擾miR172及其他miRNA的定向功能，從而導(dǎo)致其靶基因mRNA的異位表達(dá)［78］。Brown等［48］在大麥的miR172中插入了一個(gè)Ds元件，DsmiR172突變體表現(xiàn)的異常與未能正確受到調(diào)控的AP2同源基因表型一致，表明該元件有效的抑制了miR172的調(diào)控功能。近期，又有研究者用染色質(zhì)免疫沉淀法檢測(cè)了TEMPRANILLOS（TEMs）與miR156、SPL和miR172基因的結(jié)合，發(fā)現(xiàn)TEM1可抑 制MIR172A、MIR172B和MIR172C的表 達(dá)，并在體內(nèi)至少與MIR172C的序列結(jié)合，以影響其對(duì)發(fā)育時(shí)間的調(diào)控［79］。另外，不同的因子可通過調(diào)控miR172介導(dǎo)不同的成花誘導(dǎo)途徑：在光周期途徑中，光敏色素和GI負(fù)調(diào)控miR172以影響成花的現(xiàn)象在上文中已有提及；而當(dāng)植物遭受低溫脅迫時(shí)，便可激活溫敏途徑中的SHORT VEGETATIVE PHASE（SVP）蛋白，該蛋白可直接與擬南芥的pri-miR172a啟動(dòng)子結(jié)合，負(fù)調(diào)控miR172的轉(zhuǎn)錄，從而影響花發(fā)育進(jìn)程［80］。

此外，miR172與其靶基因之間具有明顯的邏輯效應(yīng)，miR172對(duì)靶基因的抑制并不是單方面的，靶基因同樣也可以負(fù)調(diào)控miR172，形成一個(gè)負(fù)反饋回路，如在擬南芥中，AP2可直接抑制miR172b，并能夠通過增加miR156的表達(dá)加強(qiáng)這種對(duì)miR172b的直接作用；同時(shí)，這些靶基因之間也存在相互作用，譬如AP2可在轉(zhuǎn)錄水平上直接抑制TOE3的活性［61］。這些多向的負(fù)調(diào)控機(jī)制的發(fā)現(xiàn)使得miR172的分子調(diào)控系統(tǒng)更加完備。以上研究初步揭示了miR172與其他基因在植物發(fā)育中一些新的信號(hào)相互作用，但還具有一定的局限性，miR172在植物發(fā)育過程中還參與了那些生物學(xué)途徑，它在分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中扮演怎樣的角色，仍需相關(guān)研究者做出更合理的解釋。

6 總結(jié)與展望

近年來，關(guān)于miR172在植物生長(zhǎng)發(fā)育乃至逆境脅迫響應(yīng)中的關(guān)鍵作用的報(bào)道屢見不鮮，在擬南芥、水稻、大豆中調(diào)控的分子機(jī)制也逐步得到解析，miR172如何與其靶基因互作，以及如何受到上游miRNA和其他基因的調(diào)節(jié)已漸為人知。盡管如此，目前圍繞miR172的部分分子調(diào)控途徑尚未打通，且上述功能雖在觀賞植物、經(jīng)濟(jì)植物和其他農(nóng)作物中已有研究，但仍停留在初步的生物信息學(xué)和表達(dá)模式上，尚未進(jìn)行進(jìn)一步的功能驗(yàn)證以及與上下游作用因子的連接。

隨著分子生物學(xué)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和理論方法的不斷創(chuàng)新，構(gòu)建miRNA及其靶基因的作用機(jī)制模型及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)勢(shì)在必行，該過程將對(duì)透徹研究植物體內(nèi)調(diào)節(jié)機(jī)制、探索植物自身規(guī)律及挖掘植物經(jīng)濟(jì)、文化和生態(tài)價(jià)值具有重要意義。miR172對(duì)植物各器官發(fā)育的調(diào)控為此提供了一定的思路，鑒于其高度的保守性，這些研究結(jié)果不僅有助于人們了解miRNA的功能，以為當(dāng)前的研究找到新的突破點(diǎn)，也將為未來分子設(shè)計(jì)改良經(jīng)濟(jì)類和觀賞類植物提供了更多理論依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。