丹参中新型miRNA smi-miRmTERF通过调控mTERF家族基因影响细胞器发育、逆行信号及免疫防御的分子机制

本研究针对植物细胞器与细胞核间通讯机制不清的难题，揭示了丹参中新型22nt miRNA smi-miRmTERF通过靶向SmmTERFs基因调控叶绿体/线粒体发育、逆行信号传导及次生代谢的新机制。研究人员发现smi-miRmTERF可触发phasiRNA级联反应，导致植株矮化表型，同时增强抗病性和酚酸类活性成分积累。该发现为药用植物抗逆育种和活性成分调控提供了新靶点。

　　

在植物王国中，细胞器与细胞核之间的"对话"一直是个充满谜团的科学前沿。就像两个相邻国家需要外交官传递信息一样，叶绿体和线粒体也通过复杂的信号网络与细胞核保持沟通，这种被称为"逆行信号"的机制对植物生长发育至关重要。然而，这个通讯系统中仍有许多未解之谜：哪些分子充当着"外交信使"？它们如何精准传递信息？特别是，近年来发现的小RNA是否参与这一过程？这些问题困扰着植物生物学家们。

中国医学科学院药用植物研究所的研究团队在《Molecular Horticulture》发表的研究给出了突破性答案。他们以传统中药丹参为研究对象，发现了一个隐藏在基因组中的"微型调控大师"——22个核苷酸长度的smi-miRmTERF。这个新型microRNA像一把精准的"分子剪刀"，能够特异性剪切多个线粒体转录终止因子(mTERF)基因，进而引发一系列令人惊叹的生物学效应。

研究采用多组学联合作战策略：通过基因组挖掘鉴定63个SmmTERF基因家族成员；结合降解组测序和5'RLM-RACE验证miRNA靶标；利用TEM观察细胞器超微结构；建立过表达株系进行表型分析；整合转录组和代谢组解析调控网络。最引人注目的是独创的phasiRNA级联放大机制研究，揭示了smi-miRmTERF→SmmTERF33/45→SmmTERF26的三级调控通路。

【Smi-miRmTERF触发phasiRNA级联反应】
研究首次发现smi-miRmTERF能精准剪切SmmTERF33和SmmTERF45转录本，产生54和56个phasiRNA。这些"二级信使"进一步触发SmmTERF26的phasiRNA生成，形成级联调控网络。系统发育分析显示该调控模块在唇形科植物中高度保守，暗示其广谱生物学意义。

【细胞器发育的精密调控】
过表达株系呈现显著矮化表型，透射电镜揭示叶绿体肿胀、类囊体紊乱，线粒体嵴减少等异常。亚细胞定位实验突破性地发现SmmTERF33/45同时定位于叶绿体、线粒体和细胞质，解释了单一miRNA能协调多细胞器发育的分子基础。

【逆行信号通路的新成员】
NF和Lin处理实验证实，smi-miRmTERF通过调控SmmTERFs影响经典gun表型。转录组显示光合相关核基因(PHANGs)显著下调，而LHCB1.2等标记基因在抑制剂处理时表达反弹，证实其参与PGE(质体基因表达)和TPB(四吡咯生物合成)两条逆行信号通路。

【次生代谢与免疫防御的协同提升】
代谢分析显示过表达株系中迷迭香酸(RA)含量提升2-3倍，单萜和倍半萜类物质增加6-9倍。接种Pst DC3000实验表明，植株通过激活MAPK-WRKY防御通路和PR蛋白表达，形成强大免疫屏障。

这项研究的重要意义在于：首次揭示miRNA-mTERF模块在细胞器通讯中的核心作用，破解了植物协调环境适应与次生代谢的分子密码。smi-miRmTERF犹如细胞内的"万能调节器"，通过调控SmmTERFs影响叶绿体发育、逆行信号、活性成分合成和病原防御等多个重要生物学过程。该发现不仅为理解植物环境适应性提供新视角，更为药用植物品质改良和抗逆育种提供了可操作的分子靶标。特别是phasiRNA级联放大机制的解析，为人工设计RNAi调控网络提供了全新思路。

从实验室到田间，这项基础研究的价值正在显现。研究团队已开始利用这一系统调控丹参中抗癌活性成分——丹参酮的生物合成。随着研究的深入，这个隐藏在微小RNA中的调控密码，或将改写药用植物分子育种的历史。