综述：草本植物中的microRNAs与应激适应：系统综述

《Plant Physiology and Biochemistry》：microRNAs and Stress Adaptation in Grasses: A Systematic Review

该系统综述分析了1823篇Scopus文献中的60篇，聚焦草类作物miRNA在单独及复合胁迫下的靶模块验证，发现miR156、miR159等家族在胁迫调控中作用显著，但研究多集中于水稻和大麦，其他作物较少。提出了整合多组学方法与生物技术（如RNAi、CRISPR/Cas）提升作物抗逆性的策略，为应对气候变化下的农业可持续发展提供理论支持。

　　微小RNA（miRNA）是植物中一种重要的非编码小分子RNA，它们在转录后阶段调控基因表达，对植物的生长发育和应激适应起着关键作用。在禾本科植物中，这种调控机制尤其重要，因为它们在应对单一生物或非生物胁迫，以及多种胁迫共同作用的环境中都发挥着核心功能。然而，尽管已有大量研究，许多调控模块仍然未被充分揭示。这项系统综述分析了1823篇Scopus数据库中收录的文献，重点筛选了60篇涉及禾本科植物miRNA及其验证目标的研究，旨在全面评估miRNA在植物应激响应中的作用机制。

研究表明，miRNA与目标基因的调控模块在非生物胁迫条件下得到了更广泛的验证，而在生物胁迫或混合胁迫条件下则相对较少。这表明，目前的研究更多关注于非生物因素对miRNA表达和功能的影响，例如温度、干旱、盐碱等环境压力。与此同时，一些miRNA家族，如miR156、miR159、miR164、miR169和miR396，被广泛研究，这些miRNA通常与各种类型的应激响应相关，无论是单一还是混合的应激条件。这些miRNA的调控作用在植物的生长发育、形态建成、代谢调控以及对生物和非生物胁迫的适应中都具有重要意义。

然而，当前的研究主要集中在主要作物，如水稻和玉米，而对于其他具有重要农业价值的禾本科植物，例如高粱、大麦、小麦和甘蔗等，相关研究仍然有限。这一趋势可能与这些作物在农业生产中的经济价值和广泛种植有关，但也反映出对其他禾本科植物miRNA调控机制的探索不足。因此，未来的研究应更加关注这些植物，以更全面地理解miRNA在不同物种中的作用，并为应对气候变化和提升作物抗逆性提供更广泛的理论支持。

在植物中，miRNA的生成过程是一个高度调控的机制，它不仅决定了miRNA的稳定性，还影响其功能的发挥。miRNA的生成通常始于MIR基因的转录，这一过程主要由RNA聚合酶II完成。转录产物为初级miRNA（pri-miRNA），这些分子具有5'端帽结构和多聚腺苷酸尾，形成类似发夹的结构。随后，DICER-Like1（DCL1）蛋白及其辅助因子HYPONASTIC LEAVES 1（HYL1）和SERRATE（SE）共同作用，将pri-miRNA剪切为前体miRNA（pre-miRNA），并进一步形成双链RNA（dsRNA）结构。其中，miRNA作为引导链，而miRNA*作为互补链。在这一过程中，HUA ENHANCER（HEN1）对双链RNA进行甲基化，以防止其降解。随后，引导链被运输到细胞质中，并与ARGONAUT1（AGO1）蛋白结合，形成miR-RISC复合体，从而发挥调控作用。

miRNA的生成过程不仅受到植物自身基因表达调控的影响，还可能受到外界环境条件的调控。例如，生物胁迫（如病原体感染）和非生物胁迫（如高温、低温、干旱、盐碱等）都可能影响miRNA的生成和积累，进而改变其在植物体内的功能。这些影响可能体现在miRNA生成的不同阶段，如转录、剪切、加工和运输等环节。例如，某些研究发现，在高温胁迫条件下，miRNA的生成和稳定性可能会受到影响，导致其在植物体内的浓度发生变化，从而影响其对基因表达的调控能力。

此外，miRNA的调控作用不仅限于单一应激条件，还可能涉及多种应激条件的相互作用。例如，当植物同时面临生物和非生物胁迫时，miRNA可能通过调控多个基因，协调植物的应激响应。这种协调作用对于植物的生存和适应至关重要，尤其是在气候变化背景下，环境条件变得更加复杂和不可预测。因此，研究miRNA在混合应激条件下的作用机制，对于理解植物如何适应不断变化的环境具有重要意义。

miRNA的调控作用在植物中具有高度的灵活性和广泛性，它们可以调控多个基因，影响不同的生物过程。例如，miR528在玉米的体细胞胚胎发生过程中调控多个基因，包括MATE、bHLH和SOD1a，这表明miRNA可能在调控氧化应激和胚胎发生能力方面起着重要作用。这种多功能性使得miRNA成为植物适应环境变化的重要工具，但同时也增加了研究的复杂性，因为miRNA可能通过不同的机制影响多个基因，甚至同一基因的不同剪接变体。

在研究miRNA与目标基因的相互作用时，实验验证是不可或缺的步骤。尽管已有多种生物信息学工具可以帮助预测miRNA与目标基因的结合，但这些工具可能存在一定的局限性，例如产生假阳性结果、缺乏与实验数据的整合，以及对禾本科植物的代表性不足。因此，实验验证仍然是确认miRNA调控模块的重要手段，尤其是在应激条件下。常用的实验方法包括5'-RACE和降解组测序（Degradome-Seq），这些方法能够更准确地鉴定miRNA与目标基因的结合，并揭示其在植物体内的具体作用。

目前，关于miRNA的研究主要集中在模式植物如拟南芥和一些双子叶植物，而对于禾本科植物，尤其是多倍体作物如甘蔗，相关研究仍然较少。这一趋势可能与禾本科植物的复杂基因组结构和多倍体特性有关，也可能是由于研究资源和技术手段的限制。然而，随着生物技术的发展，特别是高通量测序技术和合成生物学的兴起，研究禾本科植物miRNA的潜力正在不断扩大。例如，RNA干扰（RNAi）、人工miRNA、目标模拟（target mimicry）和CRISPR/Cas等技术为miRNA的功能研究和应用提供了新的可能性。

此外，随着多组学技术的发展，整合不同层面的数据（如基因组、转录组、蛋白质组和代谢组）成为研究miRNA调控机制的重要手段。这些技术能够提供更全面的视角，帮助研究人员理解miRNA在植物体内的复杂作用网络。例如，通过整合基因组和转录组数据，可以更准确地预测miRNA与目标基因的结合，并揭示其在不同应激条件下的动态变化。这种多组学整合不仅有助于提高研究的准确性，还能够为miRNA在农业和生物能源生产中的应用提供更坚实的理论基础。

综上所述，miRNA在植物应激响应中的作用机制是一个复杂而多维的领域，涉及多种生物过程和调控网络。尽管目前的研究已经取得了一定的进展，但在禾本科植物中，尤其是多倍体作物，仍有许多未解之谜。未来的研究需要更加关注这些植物，以更全面地理解miRNA在不同应激条件下的作用，并为应对气候变化和提升作物抗逆性提供更有效的解决方案。同时，随着生物技术的发展，miRNA的应用潜力也在不断扩大，为可持续农业、粮食安全和生物能源生产提供了新的思路和方法。