植物銅穩(wěn)態(tài)相關(guān)miRNAs的研究進(jìn)展

奚琦++許志茹++王琪++曲春浦++楊成君++劉關(guān)君

摘要：銅（Cu）是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量元素，參與光合作用、呼吸作用及木質(zhì)素合成等多個(gè)生物學(xué)過(guò)程。銅離子具有氧化還原特性，低銅或者過(guò)量銅都會(huì)對(duì)植物造成傷害，因此植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中產(chǎn)生了一套完整的銅穩(wěn)態(tài)調(diào)控體系，其中miRNA在此體系中扮演著重要的角色。介紹了miR397、miR398、miR408、miR857、miR1444等5種 Cu-miRNAs，它們的靶基因編碼了植物細(xì)胞中非常重要的4大類(lèi)含銅蛋白——漆酶、超氧化物歧化酶、質(zhì)體藍(lán)素和多酚氧化酶。在銅脅迫條件下，miRNA通過(guò)調(diào)控靶基因的表達(dá)優(yōu)化銅離子的分配，既保證了銅的正常供應(yīng)，又避免了銅毒害。

關(guān)鍵詞：銅穩(wěn)態(tài)；Cu-miRNAs；銅脅迫；研究進(jìn)展

中圖分類(lèi)號(hào)： Q754文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）09-0005-05

銅（Cu）廣泛存在于動(dòng)物、植物和微生物體內(nèi)，是正常生命活動(dòng)所必需的微量礦質(zhì)元素。銅在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中行使重要功能，植物中含有100多種不同的含銅蛋白，參與各種新陳代謝過(guò)程，如光合作用、呼吸作用電子傳遞鏈、活性氧代謝、對(duì)乙烯的感受、氮代謝、細(xì)胞壁的木質(zhì)化及花粉的形成等[1]。在這些過(guò)程中，銅作為輔因子與細(xì)胞內(nèi)Cu/Zn超氧化物歧化酶（Cu/Zn SOD）、細(xì)胞色素氧化酶、多酚氧化酶、抗壞血酸氧化酶、多胺氧化酶等多種酶結(jié)合后行使生物學(xué)功能。

缺銅條件會(huì)導(dǎo)致植物葉片失綠，葉尖卷曲變白，植株矮小，生長(zhǎng)緩慢，產(chǎn)量下降。植物細(xì)胞中銅濃度過(guò)高會(huì)使植株生長(zhǎng)發(fā)育不良，根部畸形，根細(xì)胞質(zhì)膜損傷，質(zhì)膜過(guò)氧化作用增強(qiáng)，氮素吸收及氨基酸合成受阻；銅濃度過(guò)高，還可使植物葉片黃化，葉綠素a/b比降低，光合系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ的電子傳遞能力降低，光合作用速率下降；此外，銅濃度過(guò)高還會(huì)使細(xì)胞核中DNA與蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)被破壞、DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄受影響，使含銅蛋白的合成、基因表達(dá)調(diào)控發(fā)生紊亂[2-4]。

植物在光合電子傳遞鏈、呼吸鏈中產(chǎn)生的活性氧（ROS）在生成部位就會(huì)被及時(shí)分解；而當(dāng)植物吸收過(guò)量銅后，植物細(xì)胞會(huì)快速積累超氧化物陰離子（ O-2· ）、羥自由基（·OH）、過(guò)氧化氫（H2O2）和單線(xiàn)態(tài)氧（1O2）等活性氧，并進(jìn)一步毒害植物細(xì)胞[5]。此外，自然界中的植物在不同土壤環(huán)境條件下可能會(huì)面臨重金屬脅迫，但植物銅中毒的情況并不常見(jiàn)，由此認(rèn)為，植物通過(guò)在進(jìn)化過(guò)程中形成完善的銅穩(wěn)態(tài)調(diào)控體系應(yīng)對(duì)上述脅迫條件，以維持正常的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程。一般認(rèn)為，環(huán)境中的銅離子通過(guò)CTR銅轉(zhuǎn)運(yùn)家族成員高效轉(zhuǎn)運(yùn)到植物細(xì)胞內(nèi)，之后，銅伴侶蛋白將銅離子運(yùn)送至需銅蛋白。銅伴侶蛋白ATX1、CCH向銅轉(zhuǎn)運(yùn)P型ATP酶HMA5、RAN1或Ccc2運(yùn)送銅離子，之后銅離子進(jìn)入分泌途徑或者運(yùn)送到細(xì)胞外；COX銅伴侶蛋白將銅離子運(yùn)送到線(xiàn)粒體中的細(xì)胞色素C氧化酶，參與呼吸鏈中的電子傳遞；P型ATP酶PAA1、PAA2將銅離子運(yùn)送到質(zhì)體藍(lán)素參與植物光合作用；銅伴侶蛋白CCS將銅離子運(yùn)送給銅鋅超氧化物歧化酶，參與細(xì)胞對(duì)氧自由基的清除[6]。在這些過(guò)程中，miRNA對(duì)銅穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)至關(guān)重要。

1miRNA簡(jiǎn)介

1.1miRNA的發(fā)現(xiàn)

miRNA是一類(lèi)目前被廣泛研究的內(nèi)源性單鏈非編碼小分子RNA，長(zhǎng)度約為16～29 nt，大部分長(zhǎng)度為21～23 nt[7]。1993年首次在秀麗新小桿線(xiàn)蟲(chóng)中發(fā)現(xiàn)了可時(shí)序調(diào)控胚胎后期發(fā)育的miRNA lin-4[8]。2000年，Reinhart等在線(xiàn)蟲(chóng)中發(fā)現(xiàn)了第2個(gè)異時(shí)性開(kāi)關(guān)基因let27，并在人類(lèi)細(xì)胞中找到了該基因的同源基因[9]。2001年，小RNA被統(tǒng)一命名為microRNA（miRNA）。2002年，4個(gè)科學(xué)小組從植物中分別發(fā)現(xiàn)了miRNA，自此拉開(kāi)了植物miRNA研究的序幕[10-13]。盡管植物miRNA的研究起步較晚，但是隨著研究方法的不斷革新，越來(lái)越多的植物miRNA逐步被鑒定（數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)址：http：//microrna.sanger.ac.uk）。隨著高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，相信未來(lái)幾年內(nèi)該數(shù)據(jù)庫(kù)中植物miRNA的信息還會(huì)被快速豐富。

1.2miRNA的生物合成

編碼miRNA的基因在RNA聚合酶Ⅱ的作用下形成初級(jí)轉(zhuǎn)錄物 pri-miRNA[14]，長(zhǎng)度大約為300～1 000核苷酸。pri-miRNA在一種類(lèi)Dicer酶——DCL1的作用下被剪切成包含莖環(huán)結(jié)構(gòu)的60～300 nt的miRNA前體pre-miRNA[15]。然后，pre-miRNA被DCL1切割產(chǎn)生約21～26 nt的雙鏈miRNA，構(gòu)成miRNA/miRNA*雙鏈分子[16]。在miRNA甲基轉(zhuǎn)移酶HEN1的作用下，miRNA/miRNA*雙鏈分子3′端最后1個(gè)核苷酸發(fā)生甲基化修飾，形成成熟的miRNA[17]。之后，成熟的miRNAs被HASTY（homogentisate solanesyl transferase，簡(jiǎn)稱(chēng)HST）轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核外[18]。成熟的miRNAs序列會(huì)自身折疊成不完全配對(duì)的發(fā)卡結(jié)構(gòu)進(jìn)入RNA介導(dǎo)的沉默復(fù)合體RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體（RNA-induced silencing complex，簡(jiǎn)稱(chēng)RISC）中行使進(jìn)一步的功能[19]。miRNA本身并不具備核酸酶的功能，在RISC中它僅發(fā)揮靶向作用，與miRNA形成RISC的AGO蛋白對(duì)靶基因具有切割能力[20-21]。

1.3植物miRNA對(duì)靶基因的調(diào)控

miRNA可以通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)靶基因mRNA的切割或者抑制mRNA翻譯，進(jìn)而參與調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育。miRNA抑制mRNA的翻譯亦或是切割mRNA取決于miRNA與靶序列互補(bǔ)配對(duì)的程度。互補(bǔ)配對(duì)程度高則可能對(duì)mRNA進(jìn)行切割，而配對(duì)程度低則只是抑制mRNA的翻譯[22]。在植物中，miRNA和靶基因的互補(bǔ)程度高于動(dòng)物，大部分植物miRNA和靶基因只存在4個(gè)以下的核苷酸錯(cuò)配。

相比于動(dòng)物中有60%的蛋白質(zhì)受miRNA的調(diào)控，植物中只有不到10%的蛋白質(zhì)是受miRNA調(diào)控的。盡管如此，植物中的miRNA在生長(zhǎng)發(fā)育、激素響應(yīng)、抗逆抗病等多個(gè)方面仍然發(fā)揮著至關(guān)重要的調(diào)控作用。

2銅穩(wěn)態(tài)中的miRNAs

在銅脅迫響應(yīng)過(guò)程中，植物體內(nèi)多個(gè)miRNA通過(guò)調(diào)節(jié)不同功能的含銅蛋白以維持內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定。有研究表明，miR395、miR397、miR398、miR408、miR857及miR1444均參與了植物的低銅響應(yīng)。Burkhead等將miR397、miR408、miR398和miR857這4種非常保守的miRNA統(tǒng)稱(chēng)為Cu-miRNAs[23]。Cu-miRNAs參與了光合作用、呼吸作用、抗氧化及木質(zhì)素合成等過(guò)程。近期的研究表明，miR1444在楊樹(shù)的銅應(yīng)答過(guò)程中也發(fā)揮重要功能。

大量研究顯示，Cu-miRNAs在植物營(yíng)養(yǎng)穩(wěn)態(tài)中扮演重要角色，即Cu-miRNAs除了受銅調(diào)控之外，還受多種元素的調(diào)控。miR397受碳（C）、氮（N）、硫（S）、磷（P）、鎘（Cd）、鐵（Fe）元素調(diào)控；miR398受C、N、S、P、Cd、Fe、鋅（Zn）元素調(diào)控；miR408受P、N、Fe元素調(diào)控；miR857受P、N元素調(diào)控；同時(shí)，miR857在擬南芥中也是鎘應(yīng)答miRNA，植株缺乏C、N、S、P元素時(shí)，miR857的表達(dá)受抑制[24-27]。

此外，Cu-miRNAs在植物發(fā)育、新陳代謝和防御過(guò)程中均發(fā)揮重要功能。各種脅迫處理也可以影響Cu-miRNAs表達(dá)，如寒冷、NaCl、強(qiáng)光、病原菌、干旱、臭氧及氧化等非生物、生物脅迫會(huì)誘導(dǎo)或抑制Cu-miRNAs表達(dá)，且同一種Cu-miRNA在不同植物中具有不同的應(yīng)答模式。因此，研究Cu-miRNAs生物學(xué)功能時(shí)，不能忽視大量脅迫處理對(duì)其表達(dá)的影響，甚至有人推測(cè)，這些脅迫對(duì)Cu-miRNAs的調(diào)控是影響植物生長(zhǎng)受阻的唯一因素[27]。

2.1miR397

miR397的靶基因是以銅為輔基的漆酶（LAC）的編碼基因。1985年，Bertrand首次在漆樹(shù)中鑒定了漆酶。漆酶是一種多銅氧化酶，1分子蛋白結(jié)合4個(gè)銅離子。植物漆酶分泌到細(xì)胞壁后，在有氧條件下可以催化木質(zhì)素單體聚合成木質(zhì)素。Liang等測(cè)定擬南芥lac15突變體種子木質(zhì)素含量時(shí)發(fā)現(xiàn)，與野生型相比，突變體木質(zhì)素總含量約降低了30%，第1次直接證明了漆酶參與植物木質(zhì)素的合成過(guò)程[28]。Berthet等研究表明，擬南芥lac4-1lac17、lac4-2lac17雙突變體的木質(zhì)素含量均比野生型降低了20%～40%；而lac4、lac17單突變體中木質(zhì)素含量變化不明顯，首次證明了LAC4、LAC17參與了擬南芥莖的木質(zhì)化過(guò)程[29]。

擬南芥miR397家族有2個(gè)成員，通過(guò)與LAC2、LAC4、LAC17的第5個(gè)外顯子結(jié)合而降解這些靶基因[30]。在擬南芥中過(guò)表達(dá)miR397b，LAC2、LAC3、LAC9、LAC10、LAC12、LAC14、LAC15、LAC16、LAC17等基因的表達(dá)水平均降低，轉(zhuǎn)基因植株木質(zhì)素積累量明顯降低，次級(jí)細(xì)胞壁厚度降低，花序數(shù)量增加，種子增大，種子數(shù)量增加。突變LAC4基因的miR397作用位點(diǎn)（但不改變基因編碼的氨基酸序列）后，與野生型擬南芥相比，轉(zhuǎn)基因植株變矮，蓮座葉變小，果莢變少變短，種子數(shù)量減少[31]。在水稻中過(guò)表達(dá)OsmiR397，轉(zhuǎn)基因植株也出現(xiàn)了種子變大、花序增加的現(xiàn)象，且單位面積產(chǎn)量增加了25%[32]。

毛果楊miR397含有3個(gè)家族成員miR397a、miR397b、miR397c，生物信息學(xué)預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，至少有26個(gè)漆酶基因可以作為miR397a的靶基因[33]。Lu等研究了毛果楊miR397的靶基因——3種漆酶基因PtLAC5、PtLAC6、PtLAC110a，發(fā)現(xiàn)在銅處理下，PtLAC5、PtLAC6在所檢測(cè)的組織中均表達(dá)，PtLAC5在幼莖中表達(dá)量最高，PtLAC6在發(fā)育中的次生木質(zhì)部中表達(dá)量最高，PtLAC110a是一種根特異性表達(dá)的漆酶基因；此外，毛果楊根莖葉中miR397a的含量隨著銅濃度的增加而降低，其靶基因PtLAC5、PtLAC6、PtLAC110a的表達(dá)量則隨著銅處理濃度的增加而增加[34]。

2.2miRNA398

銅穩(wěn)態(tài)過(guò)程中，miR398的靶基因有3種，分別編碼含銅蛋白Cu/Zn超氧化物歧化酶、線(xiàn)粒體細(xì)胞色素C氧化酶亞基V（COX5b.1）、超氧化物歧化酶的銅伴侶蛋白（CCS1）[35]。相關(guān)研究表明，miR398與編碼銅/鋅超氧化物歧化酶的2個(gè)基因CSD1、CSD2及編碼線(xiàn)粒體細(xì)胞色素C氧化酶亞基Ⅴ的COX5b.1 mRNA上的核苷酸序列互補(bǔ)性在擬南芥、水稻中是保守的[36]。miR398與CSD2 mRNA的編碼區(qū)互補(bǔ)，與CSD1、COX5b.1 mRNA的5′非編碼區(qū)（5′-UTR）互補(bǔ)[37]。miR398家族具有2個(gè)成員（3個(gè)基因座），其中miR398b與miR398c的核苷酸序列完全相同，miR398a 3′端的最后1個(gè)核苷酸與miR398b、miR398c存在差異[38]。

銅離子過(guò)量條件下ROS會(huì)過(guò)量積累。Cu/Zn SOD可以專(zhuān)一性地清除細(xì)胞內(nèi)的ROS，將其降解為分子氧、過(guò)氧化氫。當(dāng)水稻體內(nèi)產(chǎn)生大量ROS時(shí)，miR398的表達(dá)水平降低，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)CSD1、葉綠體CSD2的表達(dá)量快速上調(diào)，使細(xì)胞內(nèi)的銅離子流向Cu/Zn SOD，Cu/Zn SOD的活性增強(qiáng)，既降低了細(xì)胞內(nèi)自由銅離子的含量，又使細(xì)胞具有更強(qiáng)的清除氧自由基的能力，進(jìn)而使植物表現(xiàn)出抗氧化能力[39]。在擬南芥中過(guò)表達(dá)miR398前體的共抑制轉(zhuǎn)基因植株中，miR398b、miR398c的表達(dá)量降低，導(dǎo)致靶基因CSD的表達(dá)量增加，相對(duì)于野生型植株，在高銅處理狀態(tài)下轉(zhuǎn)基因幼苗發(fā)芽率明顯提高，在強(qiáng)氧化劑甲基紫精處理后轉(zhuǎn)基因幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育未受影響[38]。

在水稻中，根據(jù)密碼子的簡(jiǎn)并性，突變CSD2基因上miR398的結(jié)合位點(diǎn)，但不改變CDS2的氨基酸序列，相關(guān)研究表明，CSD2基因的表達(dá)不再受miR398調(diào)控，重金屬銅處理后轉(zhuǎn)基因植株的抗性明顯增加[40]。過(guò)表達(dá)miR398b、miR398c的擬南芥植株出現(xiàn)了CSD1、CSD2水平降低的現(xiàn)象，但COX5b.1的mRNA、蛋白質(zhì)含量均未受到影響；與miR398互補(bǔ)的CSD1、CSD2基因的核苷酸序列突變后，miR398不能識(shí)別CSDs基因，CSD1、CSD2的mRNA水平上調(diào)，但是CSD1、CSD2蛋白水平卻依然對(duì)miR398敏感，這暗示miRNA在不能與靶mRNA完全互補(bǔ)的時(shí)候，可以負(fù)調(diào)控靶蛋白的翻譯過(guò)程[37]。

2.3miRNA408

miR408在植物體內(nèi)的主要功能是參與非生物脅迫應(yīng)答和維持細(xì)胞內(nèi)銅離子含量的穩(wěn)定性，目前對(duì)miR408的研究還比較少。miR408的靶基因編碼了光合電子傳遞鏈中的含銅蛋白質(zhì)體藍(lán)素（PC）、參與木質(zhì)素氧化聚合的漆酶[41]。PC是植物光合電子傳遞鏈中位于類(lèi)囊體膜內(nèi)表面的銅蛋白[42]，是光系統(tǒng)Ⅰ電子傳遞鏈的重要組成部分，1分子PC含有1個(gè)銅離子。植物中大約有50%銅離子結(jié)合PC存在于葉綠體中，從而參與光合作用。

Sunkar認(rèn)為，擬南芥miR408的目標(biāo)基因是質(zhì)體藍(lán)素基因PC和3種漆酶基因LAC3、LAC12、LAC13[43]。預(yù)測(cè)表明，miR408通過(guò)與LAC3、LAC12、LAC13的5′-UTR結(jié)合而調(diào)控靶基因的表達(dá)[30]。在毛果楊中，miR408的靶基因包括質(zhì)體藍(lán)素蛋白家族基因（PCLs）PtPCL1、PtPCL2、PtPCL3及漆酶基因PtLAC4。毛果楊miR408在成熟葉、次生木質(zhì)部及韌皮部中表達(dá)量較高，且表達(dá)量隨著銅濃度的升高而降低，其靶基因的表達(dá)水平則隨著銅濃度的升高而增加[34]。擬南芥、毛果楊、水稻miR408的核苷酸序列比對(duì)結(jié)果表明，miR408是一種高度保守的miRNA，在大量單子葉、雙子葉甚至裸子植物中都存在[44]。

在擬南芥中，當(dāng)銅離子匱乏時(shí)，轉(zhuǎn)錄因子SPL7會(huì)與miR408啟動(dòng)子區(qū)的多個(gè)GTAC基序結(jié)合，誘導(dǎo)miR408表達(dá)；在spl7突變體中過(guò)表達(dá)miR408，低銅條件下轉(zhuǎn)化子的光合速率、質(zhì)體藍(lán)素功能恢復(fù)正常[45]。此外，研究者推測(cè)，轉(zhuǎn)基因植物如果能降低miR408表達(dá)量，引起漆酶含量升高，即可達(dá)到通過(guò)增加維管組織中木質(zhì)素含量而增強(qiáng)植物抵抗病原菌侵染能力的目的。

2.4miR857

目前，對(duì)miR857的研究還較少。miR857的靶基因是漆酶家族中的LAC7，通過(guò)與LAC7的第1個(gè)外顯子結(jié)合控制LAC7的表達(dá)[30]。LAC7在擬南芥葉片的排水器、根毛中特異表達(dá)[46]；miR857還在擬南芥維管組織的次生生長(zhǎng)中發(fā)揮作用[47]。此外，在擬南芥果實(shí)中miR857不表達(dá)，過(guò)表達(dá)miR857的擬南芥轉(zhuǎn)基因植株出現(xiàn)了異常的小角果，使種子嚴(yán)重減產(chǎn)；盡管在轉(zhuǎn)基因植株中并沒(méi)有找到miR857和角果大小的相關(guān)性，但是擬南芥LAC7的表達(dá)量與種子數(shù)量具有明顯的相關(guān)性，LAC7的表達(dá)量不足，會(huì)嚴(yán)重影響種子的生成[48]。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，研究者認(rèn)為，miR857只在擬南芥中存在。隨著測(cè)序技術(shù)的不斷發(fā)展，在其他植物中陸續(xù)鑒定了miR857。有研究表明，miR857在十字花科植物中是保守的[49]。在白色羽扇豆中，miR857在根、莖、葉中均表達(dá)，缺磷處理后其表達(dá)量降低[50]。Zhang等于2014年在棉花中也鑒定了miR857[51]。

2.5miR1444

毛果楊中的miR1444是一種楊樹(shù)特異性miRNA。在楊樹(shù)中，miR1444調(diào)控銅蛋白多酚氧化酶（PPO）[34]，PPO具有將酚類(lèi)氧化成醌類(lèi)的功能[52]。Lu等研究表明，PtPPO3、PtPPO6是miRNA1444的靶基因，并預(yù)測(cè)楊樹(shù)中至少有13個(gè)PtPPOs基因受miR1444調(diào)控；隨著銅處理濃度的增加，miR1444的表達(dá)量降低，而其靶基因PtPPO3、PtPPO6的表達(dá)量逐漸增加[34]。當(dāng)銅缺乏時(shí)，miR1444積累，PPO的表達(dá)被抑制[53]。此外，銅缺乏條件下，毛果楊中鋅離子含量明顯上升；隨著鋅離子濃度的增加，各組織中miR1444含量均呈上升趨勢(shì)，且miR1444的靶基因表達(dá)量下降。這些研究表明，miR1444不僅受銅調(diào)控，還參與了鋅脅迫的應(yīng)答[54]。

綜上所述，隨著外界銅濃度的變化，植物通過(guò)特定Cu-miRNAs的表達(dá)調(diào)節(jié)含銅蛋白的含量，進(jìn)而維持植物細(xì)胞內(nèi)的銅穩(wěn)態(tài)。表1中列舉了植物中的Cu-miRNAs及其靶基因[27，44]。

3SPL7轉(zhuǎn)錄因子對(duì)miRNA的調(diào)控

所有低銅響應(yīng)相關(guān)的miRNA和基因，在其啟動(dòng)子上均含有GTAC基序。GTAC基序最初是在綠藻的糞生素氧化酶（Cpx1）和細(xì)胞色素C6（Cyc6）基因的啟動(dòng)子區(qū)域鑒定的，GTAC基序被稱(chēng)為銅響應(yīng)元件（CuRE）[55]。GTAC基序是轉(zhuǎn)錄因子SPL7的結(jié)合位點(diǎn)，SPL7與這一銅響應(yīng)特定基序的結(jié)合決定了植物miRNA對(duì)銅脅迫的應(yīng)答[56]。

GTAC基序是Cu-miRNAs和某些基因受低銅調(diào)控所必需的。當(dāng)銅獲取受限時(shí)，SPL7會(huì)上調(diào)細(xì)胞的銅攝取量和吸收量，即SPL7通過(guò)上調(diào)細(xì)胞膜上的COPT1銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)量來(lái)行使此功能[53]。銅缺乏條件會(huì)誘導(dǎo)植物中miR398、miR397、miR408和miR857的上調(diào)表達(dá)，miRNAs進(jìn)而下調(diào)含銅蛋白CCS、Cu/Zn SOD、PCL、LAC和PPO的表達(dá)量。例如，銅匱乏條件下，毛果楊中一些銅相關(guān)miRNA會(huì)下調(diào)一些含銅蛋白基因的轉(zhuǎn)錄，降低含銅蛋白的含量，從而將銅優(yōu)先供給COX和PC等光合電子傳遞鏈中重要的含銅蛋白[23]。在恢復(fù)銅供給后，質(zhì)體藍(lán)素水平和光合電子傳遞效率先于其他含銅蛋白被優(yōu)先恢復(fù)，銅相關(guān)的miRNAs能調(diào)節(jié)輔因子銅的優(yōu)先供給順序[53]。在spl7突變體中，miR397a、miR408和miR857的表達(dá)不再受低銅條件誘導(dǎo)，這說(shuō)明SPL7在調(diào)節(jié)植物體內(nèi)銅分配過(guò)程中發(fā)揮重要作用（圖1）[56]。

4展望

自線(xiàn)蟲(chóng)中發(fā)現(xiàn)的第1個(gè)miRNA至今，已有30 000多個(gè)miRNAs被鑒定，據(jù)估計(jì)miRNA基因約占基因總量的1%，因此，仍有大量的miRNA尚未被鑒定。目前，Cu-miRNAs的研究仍集中于miR397、miR398、miR408、miR857和miR1444等miRNAs中。隨著高通量測(cè)序技術(shù)的不斷進(jìn)步，期望能在更多的物種中發(fā)現(xiàn)新的Cu-miRNAs。

盡管很多miRNAs被證實(shí)與植物的生長(zhǎng)發(fā)育和逆境脅迫抗性相關(guān)，但是某些miRNAs對(duì)靶基因的調(diào)控機(jī)制尚不清晰。miRNA一般靶向1個(gè)基因家族或者作用于相同代謝途徑中的基因，這種一對(duì)多的形式為研究miRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)增加了難度。目前對(duì)植物miRNA的相關(guān)研究多集中在確定miRNA與脅迫抗性的相關(guān)性方面。

植物殺菌劑的施加、銅礦的長(zhǎng)期開(kāi)采、生活污水的排放等提高了土壤中的銅離子濃度[57]。在發(fā)現(xiàn)Cu-miRNAs之前，銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白及銅伴侶蛋白是植物抗銅分子生物學(xué)研究的重點(diǎn)；miRNA的表達(dá)比蛋白質(zhì)更迅速，效率更高，可以快速應(yīng)對(duì)外界銅離子濃度的變化情況。因此，通過(guò)轉(zhuǎn)基因手段調(diào)控 Cu-miRNAs 表達(dá)，培育更具耐受銅脅迫特性的轉(zhuǎn)基因植株，為采用生物技術(shù)手段對(duì)銅污染土壤進(jìn)行植物修復(fù)提供了一種新思路。

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