植物miR159 靶向MYB 基因家族的調(diào)控作用及其跨界調(diào)控哺乳動(dòng)物生理功能的研究進(jìn)展

段紅娟，孟桂智，劉寶寶，賈晶瑩，馬燕芬，馬 云，蔡小艷

（寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院/寧夏反芻動(dòng)物分子細(xì)胞育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750021）

微小RNA（microRNA，miRNA）是一類內(nèi)源性單鏈短序列（21～24 nt）小分子非編碼RNA［1］。 從2002 年在擬南芥中分離出第一批植物miRNA 以及首個(gè)植物miRNA——miR171 被鑒定之后，對(duì)植物miRNA 的研究開(kāi)始迅速增加［2］。 有關(guān)miRNA的研究從線蟲(chóng)、果蠅延伸到人類、植物以及生物與非生物脅迫等與生命活動(dòng)密切相關(guān)的各個(gè)方面［3］。關(guān)于植物miRNA 在葉、莖、根生長(zhǎng)發(fā)育［4-6］、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)［7］、發(fā)育時(shí)間［8］以及對(duì)不同環(huán)境壓力應(yīng)答［9］等方面的調(diào)控作用已有較多研究。 miRNA 在調(diào)控哺乳動(dòng)物發(fā)育和代謝方面，如細(xì)胞增殖、分化、凋亡等也起到了重要的作用［10］。 miRNA 在動(dòng)植物中發(fā)揮作用的方式主要是通過(guò)抑制基因翻譯或降解靶向mRNA，在轉(zhuǎn)錄水平上負(fù)向調(diào)節(jié)基因表達(dá)［11］。

miR159 是一類比較古老的miRNA，是已經(jīng)被證實(shí)的8 個(gè)高度保守的miRNA 之一［12-13］，普遍以21 個(gè)核苷酸 （nt） 大小存在于陸生植物中［14］。miR159 家 族 包 括miR159a、miR159b、miR159c、miR159d 及miR159e， 其中miR159a 和miR159b為該家族的2 個(gè)主要成員， 占miR159 表達(dá)量的90%以上，而miR159c 僅有微量表達(dá)［15］。 有學(xué)者研究miRBase 數(shù)據(jù)庫(kù)已收錄物種的miR159 家族成員發(fā)現(xiàn)，有36 個(gè)物種（均為植物）存在miR159 家族成員，提示miR159 是植物特有的家族，并對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育、生物和非生物脅迫起著重要作用［16-17］。

MYB （v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog） 類轉(zhuǎn)錄因子家族是指含有MYB 結(jié)構(gòu)域（包含一系列高度保守氨基酸殘基和間隔序列，由51～52 個(gè)氨基酸組成的肽段）的一類轉(zhuǎn)錄因子， 是真核生物中分布最廣泛的轉(zhuǎn)錄因子家族之一［18-19］。 MYB 轉(zhuǎn)錄因子家族根據(jù)N 端子結(jié)構(gòu)的數(shù)量 不 同 分 為 4 類：1R -MYB、R2R3 -MYB、R1R2R3-MYB 和4R-MYB， 其中R2R3-MYB 在植物中分布最廣泛， 該類轉(zhuǎn)錄因子在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程及抗逆反應(yīng)中發(fā)揮重要作用［18，20］。

1 miR159-MYB 調(diào)控植物生理過(guò)程

miR159 廣泛存在于大多數(shù)陸生植物中，植物miR159 家族對(duì)應(yīng)的靶基因主要為MYB-like 和MYB［21］，不同植物miR159 靶向MYB 基因及其功能見(jiàn)表1。 MYB33 和MYB65 基因作為miR159 的主要靶點(diǎn)可以被miR159 強(qiáng)沉默，而這種強(qiáng)沉默可能與二者都被預(yù)測(cè)在miR159 結(jié)合位點(diǎn)附近包含的一個(gè)獨(dú)特的RNA 二級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)［37］。在一些高等植物中，如擬南芥（Arabidopsis thaliana，ath）［38］、大豆 （Glycine max，gma）［39］、 蝴 蝶 蘭（Phalaenopsis aphrodite，pap）［40］、番茄（Solanumlycopersicum，sly）［41］、木棉（Gossypium barbadense，gb）［42］和桃子（Prunus persica，ppe）［43］，以及一些單子葉植物中，如小麥（Triticum aestivum，tae）［44］、水稻（Oryza sativa，osa）［45］和大麥 （Hordeum vulgare，hvu）［46］都驗(yàn)證了MYB同源物是miR159 的靶點(diǎn)。

表1 不同植物miR159 靶向MYB 基因及其功能

1.1 miR159-MYB 調(diào)控植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)

在植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)中發(fā)揮重要作用的MYB 類轉(zhuǎn)錄因子家族成員主要包括MYB33、MYB65、GAMYB 等， 其中MYB33 和MYB65 對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育有嚴(yán)重的不利影響， 包括生長(zhǎng)發(fā)育遲緩和葉片卷曲。 ath-miR159 在擬南芥中的主要作用是廣泛抑制MYB33 和MYB65 的表達(dá)， 從而調(diào)控植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育［47］。 在擬南芥根中，MYB65 可促進(jìn)細(xì)胞增殖［22］。 田菁莖瘤固氮根瘤菌侵染小麥后，tae-miR159 的濃度首先維持在正常水平，作用24 h 后達(dá)到峰值，之后濃度降低，最后維持在較低的水平，表明miR159 可能參與調(diào)控小麥與田菁莖瘤固氮根瘤菌的相互作用過(guò)程， 促進(jìn)小麥的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)進(jìn)程［48］。 研究發(fā)現(xiàn)，miR159 對(duì)日本落葉松MYB33 的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控參與了胚胎發(fā)生或非胚胎發(fā)生潛能的維持和體細(xì)胞胚胎的成熟， 這為體細(xì)胞胚胎發(fā)生的調(diào)控機(jī)制提供了新思路［25］。 GAMYB是受GA 誘導(dǎo)的MYB 類轉(zhuǎn)錄因子。GAMYB 是GA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的一個(gè)重要促進(jìn)因子， 在植物的生長(zhǎng)發(fā)育中發(fā)揮重要作用。 miR159 的主要功能是介導(dǎo)GAMYB 的強(qiáng)沉默，以實(shí)現(xiàn)植物正常生長(zhǎng)［47］。有研究認(rèn)為，fa-miR159a 和fa-miR159b 在草莓發(fā)育過(guò)程中與fa-GAMYB 相互作用， 以協(xié)同方式部分響應(yīng)GA 內(nèi)源性水平的變化［26］。

1.2 miR159-MYB 正向調(diào)控植物逆境脅迫響應(yīng)

在植物逆境脅迫響應(yīng)中發(fā)揮重要作用的MYB 類轉(zhuǎn)錄因子家族成員主要包括MYB33、GAMYB 等。 Xia 等［49］研 究 發(fā) 現(xiàn)， 在 菊 花 中miR159a、miR-160a 和miR-393a 的差異表達(dá)與菊花對(duì)蚜蟲(chóng)侵?jǐn)_的響應(yīng)有關(guān)。 miR159 在水稻中還參與鹽脅迫反應(yīng)。彭延等［50］研究發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫處理下隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)， 水稻根部的osa-miR159濃度呈先下降后上升的趨勢(shì)。李波娣［16］研究表明，大豆gma-miR159 基因家族可能在響應(yīng)磷信號(hào)、ABA 脅迫和NaCl 脅迫方面起作用，miR159e 在調(diào)節(jié)大豆的磷吸收和再利用方面起作用。 有學(xué)者提出在小麥中TamiR159 與TaGAMYB1 的相互作用可能通過(guò)GAMYB 淀粉酶途徑參與熱應(yīng)激反應(yīng)以降 解 淀 粉［28］。 Xu 等［51］證 明 大 豆MYB33 基 因 是gma-miR159e 的靶基因。 蔣有琦［27］以ath-miR159缺失突變體以及miR159 過(guò)表達(dá)植物為材料，通過(guò)ABA 敏感性試驗(yàn)和干旱脅迫試驗(yàn)， 對(duì)miR159 調(diào)控植物抗旱的分子機(jī)制進(jìn)行研究， 結(jié)果表明miR159 通過(guò)靶基因MYB33 調(diào)控ABI5 的表達(dá)參與ABA 信號(hào)通路，從而響應(yīng)干旱脅迫。

1.3 miR159-MYB 調(diào)控植物開(kāi)花

植物開(kāi)花誘導(dǎo)受內(nèi)源因素和外源因素共同影響，主要涉及光周期途徑、春化作用、自主途徑和GA 途徑［23］。 在擬南芥中轉(zhuǎn)錄因子MYB33 可以激活LFY 表達(dá)促進(jìn)開(kāi)花［52］。 改變大巖桐miR159 的表達(dá)水平可以調(diào)控其靶基因GAMYB 的表達(dá)從而改變開(kāi)花時(shí)間，葡萄miR159 靶基因VvGAMYB 可以通過(guò)GA 途徑參與開(kāi)花過(guò)程［29-30］， 在番茄中SlMYB33-RNAi 導(dǎo)致開(kāi)花延遲［31］。

1.4 miR159-MYB 調(diào)控植物花藥發(fā)育

花藥是雄蕊的重要組成部分，位于花絲頂端，膨大呈囊狀。 花藥及花粉能否正常發(fā)育關(guān)系到植物是否可育，因此，花藥和花粉對(duì)植物生命過(guò)程有著至關(guān)重要的作用［23］。 ath-miR159 家族已被大多數(shù)學(xué)者作為研究植物miRNA 介導(dǎo)基因調(diào)控機(jī)理的模型［3］。 有研究在擬南芥中驗(yàn)證了8 個(gè)MYB 基因受到miR159 的調(diào)控，其中7 個(gè)屬于GAMYB 家族［24］。 在擬南芥中，2 個(gè)主要的miR159 家族成員miR159a 和miR159b 對(duì)2 個(gè)GAMYB-like 基 因MYB33 和MYB65 具有功能特異性［12］。 miR159 參與調(diào)節(jié)擬南芥雄性生殖器官的發(fā)育， 過(guò)表達(dá)miR159a 引起擬南芥植株的雄蕊發(fā)育不全、 育性降 低［24］。 ath-miR159 水 平 取 決 于GA 的 濃 度，miR159 通過(guò)影響MYB33 的活性調(diào)節(jié)GA 介導(dǎo)的花發(fā)育過(guò)程［53］。張博等［33］在研究山核桃miR159 家族功能時(shí)發(fā)現(xiàn)，山核桃miR159 含有cca-miR159a/b 2 個(gè)成熟體，cca-miR159a 的靶基因主要為MYB家族基因， 其中MYB33、MYB65 促進(jìn)花藥與花粉發(fā)育。 在水稻花藥中，miR159-GAMYB 影響烏氏體和外孢壁的發(fā)育。 研究表明，水稻GAMYB 突變體使花器官發(fā)育異常，尤其是花藥，表現(xiàn)為絨氈層不能正常程序性死亡、烏氏體和外孢壁有缺陷，從而導(dǎo)致雄蕊不育［34］。水稻osa-miR159 在花中調(diào)控GAMYB 和GAMYB-like 基因的表達(dá)，而在糊粉細(xì)胞中沒(méi)有調(diào)控作用， 說(shuō)明糊粉細(xì)胞和花器官對(duì)GAMYB 表達(dá)和GAMYB 功能的調(diào)控存在差異［35］。毛竹包含2 個(gè)受miR159 靶切的GAMYB 基因（PheMYB2R-42 和PheMYB2R-98）， 在雄蕊中差異表達(dá)顯著，可能參與毛竹花藥發(fā)育過(guò)程［36］。

1.5 miR159-MYB 調(diào)控種子萌發(fā)和果實(shí)發(fā)育

參與花藥發(fā)育的調(diào)控因子MYB33 和MYB65所在的MYB 家族也同時(shí)參與調(diào)控種子萌發(fā)。Alonso-Peral 等［54］對(duì)二者在擬南芥種子萌發(fā)中的作用進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，轉(zhuǎn)錄因子MYB33 和MYB65 參與了GA 誘導(dǎo)的糊粉蛋白發(fā)育和死亡所需的途徑。研究表明，ABA 也可以在擬南芥種子萌發(fā)過(guò)程中誘導(dǎo)miR159 控制MYB101 和MYB33的轉(zhuǎn)錄水平［55］。張安妮等［56］發(fā)現(xiàn)，miR159-MYB 通過(guò)調(diào)控GA 和ABA 參與油棕合子胚發(fā)育。

在果實(shí)發(fā)育中，發(fā)揮重要作用的MYB 類轉(zhuǎn)錄因子主要為GAMYB。鄧因嬌［32］發(fā)現(xiàn)在番茄果實(shí)果形發(fā)育中，sly-miR159a 可能通過(guò)其靶基因SlGAMYB1/2 參與GA 合成和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的調(diào)控， 并對(duì)果形形成起重要的調(diào)控作用。 番茄slymiR159 和SlGAMYB 在開(kāi)花前的子房中共同表達(dá)，sly-miR159 過(guò)表達(dá)導(dǎo)致SlGAMYB 表達(dá)水平下降，致使果實(shí)早熟、單性結(jié)實(shí)［57］。在番茄中GAMYB可以促進(jìn)果實(shí)增大。 敲除SlMYB33 的番茄比野生型的番茄果實(shí)更?。?1］。

2 外源性miR159 的跨界調(diào)控作用

近年來(lái)，miRNA 的跨界調(diào)控成為新的研究熱點(diǎn)。越來(lái)越多的研究表明植物miR159 可以跨界調(diào)控哺乳動(dòng)物的生理功能，尤其是在抑制腫瘤生長(zhǎng)、改善能量代謝、抗氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能等方面起到正向作用。 2011 年，Zhang 等［58］研究發(fā)現(xiàn)， 植物來(lái)源的miRNA168 可以進(jìn)入小鼠體內(nèi)穩(wěn)定存在，并可以調(diào)節(jié)小鼠的脂質(zhì)代謝。 miR159 在哺乳動(dòng)物消化系統(tǒng)中穩(wěn)定存在并通過(guò)胃腸道進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)發(fā)揮作用， 植物miR159 的3′末端存在特殊的甲基化修飾（2′-O-methylation），哺乳動(dòng)物miRNA 缺乏該種修飾作用，這對(duì)植物miRNA 的穩(wěn)定性至關(guān)重要。 Chin 等［59］研究表明，人血清中的miR159 主要存在于細(xì)胞外囊泡中，并可以抵抗高碘酸鈉的氧化作用，證明miRNA 確實(shí)是植物來(lái)源的而非動(dòng)物體內(nèi)本身存在的，并且植物miR159 經(jīng)過(guò)烹飪后仍然存在，說(shuō)明植物miR159 被哺乳動(dòng)物吸收后仍具有穩(wěn)定性。近年來(lái)有研究表明，miRNA可以穩(wěn)定存在于外泌體中免受體液中RNA 酶的降解，并隨著外泌體循環(huán)被相應(yīng)的細(xì)胞攝取，從而參與受體細(xì)胞的生理活動(dòng)，調(diào)控疾病的發(fā)生［60-62］。

植物miR159 可在人血清和腫瘤組織以及小鼠血液、 脾臟和胸腺中被檢測(cè)到， 說(shuō)明植物miR159 可以通過(guò)哺乳動(dòng)物胃腸道到達(dá)靶器官。Luo 等［63］通過(guò)外翻腸囊法評(píng)估了外源性miRNA 在豬小腸中的吸收情況， 結(jié)果表明， 食物中的植物miRNA 可以越過(guò)腸道屏障進(jìn)入血液。植物miRNA被哺乳動(dòng)物吸收利用的機(jī)制也在逐漸被揭示。 在無(wú)脊椎動(dòng)物中，線蟲(chóng)的跨膜系統(tǒng)性RNA 干擾缺陷蛋白1（systemic RNA interference defective protein，SID-1）協(xié)助miRNA 運(yùn)輸?shù)较劳獾募?xì)胞［64］。大多數(shù)脊椎動(dòng)物中含有SID-1 的2 種同源蛋白，即SID-1 跨膜家族成員SIDT1 和SIDT2，二者可能參與miRNA 的攝取過(guò)程［65-66］。 2020 年，Chen 等［67］證明了哺乳動(dòng)物吸收植物miRNA 的主要部位是胃，提出植物miRNA 在哺乳動(dòng)物體內(nèi)發(fā)揮生物學(xué)功能的模式可能是在胃酸刺激下， 由SIDT1 依賴的途徑在胃黏膜吸收食源性miRNA，然后以外泌體形式釋放到循環(huán)系統(tǒng)， 最終到達(dá)身體的各個(gè)器官組織發(fā)揮生理調(diào)控功能。 miR159 在動(dòng)物胃腸道的吸收是否依賴SIDT1 還有待研究。

2.1 外源性miR159 對(duì)乳腺癌的調(diào)控作用

miR159 是首個(gè)被證明能夠抑制哺乳動(dòng)物腫瘤生長(zhǎng)的植物miRNA［68］。 研究發(fā)現(xiàn)，植物來(lái)源的miR159 存在于西方人的血清和腫瘤組織中，并與乳腺癌的發(fā)病率和進(jìn)程相關(guān)，ath-miR159a、gmamiR159a-3p 和gma-miR159e-3p 共享相同序列（UUUGGAUUGAAGGGAGCUCUA） 的數(shù)量最高，是其他植物miRNA 的6 倍以上；在乳腺癌細(xì)胞中一種合成的miR159 模擬物能夠通過(guò)靶向編碼Wnt 信號(hào)通路的轉(zhuǎn)錄因子TCF7 抑制乳腺癌細(xì)胞增殖，從而降低MYC 蛋白的水平，抑制乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)， 建立了miR159-TCF7-MYC-Cell Proliferation 調(diào)控模型；而且口服miR159 模擬物可顯著抑制小鼠異種移植性乳腺腫瘤的生長(zhǎng)［59］。 這些結(jié)果證明了植物miRNA 具有抑制哺乳動(dòng)物的癌癥組織生長(zhǎng)的作用。

2.2 外源性miR159 對(duì)其他生理功能的調(diào)控作用

目前，對(duì)植物miR159 跨界調(diào)控的研究主要集中在外源性miR159 對(duì)腫瘤的調(diào)控作用，對(duì)其他生理作用的調(diào)控研究還不成熟， 但已有學(xué)者圍繞miR159 對(duì)其他生理作用的調(diào)控進(jìn)行了初步研究。有研究表明， 大豆gma-miR159a 可以通過(guò)抑制TCF7/MYC 減輕小鼠結(jié)腸腫瘤的發(fā)生［69］。 Yu 等［70］研究表明， 大豆gma-miR159a 通過(guò)抑制GSK-3β介導(dǎo)的NF-κB 和TGF-β1 通路， 對(duì)TGF-β1 和PDGF 誘導(dǎo)的HSC 活化和增殖具有強(qiáng)抑制作用，表明miR159a 具有預(yù)防肝纖維化的潛力。 彭朦媛［71］在大鼠血液、脾臟和胸腺檢測(cè)到包括miR159 在內(nèi)的3 種miRNA，表明部分人參miRNA 可以通過(guò)口服進(jìn)入大鼠組織器官， 進(jìn)而在后續(xù)試驗(yàn)中采用限食+負(fù)重力竭游泳的方法（大鼠的游泳時(shí)間可以反映機(jī)體抗疲勞以及抗應(yīng)激能力） 構(gòu)建氣虛動(dòng)物模型，通過(guò)不同試驗(yàn)組對(duì)比得出，人參水煎劑及其部分miRNA 可以通過(guò)改善能量代謝、 抗氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能以緩解機(jī)體疲勞， 提示人參miRNA 可能作為一種藥效物質(zhì)參與人參的補(bǔ)氣抗疲勞作用，發(fā)揮跨界調(diào)控作用。

3 小結(jié)與展望

植物miR159 不僅在植物中發(fā)揮重要作用，而且可以通過(guò)采食進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)實(shí)現(xiàn)跨物種調(diào)控。miR159 家族通過(guò)靶向MYB-like 和MYB 基因參與調(diào)控植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、抗脅迫響應(yīng)、開(kāi)花、種子萌發(fā)及果實(shí)發(fā)育等過(guò)程。 另外，miR159 經(jīng)哺乳動(dòng)物胃腸道消化后可到達(dá)不同組織發(fā)揮調(diào)控作用，如在哺乳動(dòng)物體內(nèi)通過(guò)抑制TCF7/MYC 起到抑制腫瘤生長(zhǎng)的作用， 并且在改善能量代謝、 抗氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能等方面發(fā)揮著重要作用。目前，對(duì)miR159 的研究主要聚焦在對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控作用以及在哺乳動(dòng)物癌癥及腫瘤中跨界調(diào)控的生物學(xué)功能，關(guān)于miR159 是否可以跨界調(diào)控哺乳動(dòng)物的其他生理功能，如抗病毒、免疫調(diào)節(jié)、微生物菌群調(diào)節(jié)、 養(yǎng)分代謝調(diào)節(jié)以及心血管保護(hù)等研究較少。 miR159 對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育等生理過(guò)程起到正向調(diào)控作用，但miR159 在動(dòng)植物生理功能中是否存在負(fù)調(diào)控作用還不明確。 miR159 與其他非編碼RNA 的相互作用機(jī)制尚未闡明， 因此，深入研究植物miR159 的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，可以為其在植物生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控，提高植物生物產(chǎn)量、抗逆性或育種等方面的應(yīng)用提供參考，而且可以為植物miR159在哺乳動(dòng)物疾病診療方面的應(yīng)用提供新思路。