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综述:微生物调控植物表观遗传:miRNA和lncRNA在增强盐胁迫耐受中的作用
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年05月27日 来源:Discover Plants
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这篇综述系统阐述了有益微生物通过调控表观遗传机制(如miRNA和lncRNA)增强植物耐盐性的前沿进展,重点揭示了假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)等植物促生菌(PGPB)通过miR398-ROS清除和lncRNA973-NAC转录因子等关键通路,协调离子稳态、染色质重塑和激素信号(ABA/SA/JA),为开发基于微生物表观调控的耐盐作物育种提供新策略。
土壤盐渍化是影响作物生产力的主要非生物胁迫。传统育种和基因工程手段因植物应激反应的复杂性收效有限,而微生物通过表观遗传调控增强植物耐盐性的作用日益凸显。研究表明,假单胞菌、芽孢杆菌等有益微生物能动态调节DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA(ncRNA)表达,其中microRNA(miRNA)和长链非编码RNA(lncRNA)成为关键调控分子。
DNA甲基化动态
盐胁迫下植物基因组5-甲基胞嘧啶(5mC)模式发生重编程,水稻中应激基因甲基化水平显著升高。非CG甲基化(CHG/CHH)通过改变基因体可及性调控转录,如NAC转录因子ONAC022的甲基化状态直接影响其耐盐相关功能。
组蛋白修饰与染色质重塑
组蛋白H3K9乙酰化促进拟南芥盐响应基因转录,而SWI/SNF染色质重塑复合体通过核小体重排激活应激通路。ATP依赖的染色质重构酶协同lncRNA调控基因沉默,例如大豆中lncRNA973通过修饰组蛋白H3K27me3标记调控NAC转录因子活性。
miRNA的核心作用
miR398通过靶向Cu/Zn超氧化物歧化酶(CSD1/CSD2)增强活性氧(ROS)清除能力,而假单胞菌可上调番茄miR398表达,使SOD酶活性提升3倍。miR156则通过SBP转录因子调控苹果离子转运蛋白(如HKT1),维持Na+/K+平衡。
lncRNA的桥梁功能
大豆lncRNA973作为分子支架招募组蛋白去乙酰化酶(HDAC)至NAC基因位点,调控离子稳态相关靶标。拟南芥干旱诱导lncRNA(DRIR)通过ABA信号通路增强气孔关闭效率,其过表达株系在200 mM NaCl条件下生物量增加40%。
直接调控途径
假单胞菌分泌的嗜铁素激活宿主MAPK级联反应,诱导miR396表达以抑制生长调控因子(GRF),促进根系发育。枯草芽孢杆菌MBl600通过产生3-磷酸腺苷(3-PBA)触发lncRNA1459介导的NHX1钠氢逆向转运体表观激活。
激素信号交叉对话
根瘤菌群体感应分子(AHLs)上调miR160表达,通过ARF10/16/17抑制生长素(IAA)信号,而木霉菌(Trichoderma)产生的茉莉酸(JA)类似物通过miR172-AP2模块促进茎秆伸长。微生物挥发性有机物(VOCs)如2,3-丁二醇可去除H3K27me3抑制标记,使水稻耐盐基因表达量提升5倍。
合成生物学技术(如CRISPR-dCas9)可定向编辑miRNA启动子区,而多组学整合分析揭示了微生物表观调控网络的保守性——禾本科与豆科作物共享70%的盐响应lncRNA同源序列。当前瓶颈在于田间条件下微生物-表观记忆的持久性,未来需开发基于纳米载体的微生物包埋技术以增强稳定性。
该领域突破将推动"微生物表观肥料"概念落地,为全球20%盐渍化耕地提供可持续解决方案,实现《巴黎协定》中农业减排与粮食安全的双重目标。
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