低光胁迫下miRNA-mRNA调控网络介导的能量与蛋白质代谢机制研究——以杜衡为例

《Gene》：Integration of small RNA, degradome, and transcriptome sequencing data illustrates the mechanism of energy and protein metabolism in response to low light stress in Asarum forbesii Maxim

本研究通过整合小RNA（miRNA）、降解组和转录组测序技术，揭示了杜衡（Asarum forbesii Maxim.）响应低光胁迫的能量与蛋白质代谢调控新机制。研究发现低光强度（20%-60%自然光）显著影响miRNA及mRNA表达谱，鉴定出76个差异miRNA和18,962个差异mRNA，并构建了141对miRNA-mRNA调控关系。特别验证了5对关键调控对（如miR396b/VATG2、miR390a/VMAC1、miR5139/ADHIII等）在氧化磷酸化、糖酵解等代谢通路中的负调控作用，首次报道了杜衡特有miRNA PC-3p-46306_62通过靶向APR1扰动初级蛋白质代谢的分子机制。该研究为理解植物光信号与miRNA网络协同调控生理代谢提供了新视角。

　　

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植物材料

杜衡（A. forbesii）植株采自南京紫金山，由南京农业大学郭巧生教授鉴定。在晴朗天气条件下，通过遮阳网设置20%自然光（NL₂₀）、40%自然光（NL₄₀）和60%自然光（NL₆₀）三个光照梯度。植株于2021年12月定植于营养土-园土（2:1）混合基质中。

不同光强下杜衡mRNA表达谱

转录组测序共获得391,943,304条原始读数，质控后得到NL₂₀组125,403,990条、NL₄₀组124,754,054条、NL₆₀组136,184,806条高质量读数。Q30%均高于93%，GC含量稳定在45%左右（表S2）。共鉴定到51,391个mRNA，其中18,962个为显著差异表达基因（DEGs）（p < 0.05）。

光强塑造miRNA-mRNA调控网络

光照是植物生长的关键环境因子。研究表明，光信号调控植物遗传物质的生物合成（如miRNA加工）、功能调节等过程。本研究发现光强显著影响杜衡miRNA和mRNA表达：在122个成熟miRNA中预测到28,297个靶mRNA，并通过降解组测序验证了141对miRNA-mRNA调控关系。