Cu-miRNA调控氧化还原稳态揭示AAA与ABB香蕉品种耐冷性差异的分子机制

本研究针对不同基因组背景香蕉（AAA与ABB品种）果实耐冷性差异的机制问题，通过比较生理生化特性、生物信息学分析和功能验证，揭示了Cu-miRNAs（如miR528）通过调控铜结合蛋白基因（如MaPPO、MaLAC）介导氧化还原稳态，进而影响冷胁迫响应的分子通路。研究发现ABB品种中更高的Cu-miRNAs丰度、MaSPL4/5转录因子激活及抗氧化物质积累是其耐冷性强的关键，为香蕉抗逆育种提供了新靶点。成果发表于《Journal of Advanced Research》。

　　

香蕉作为热带重要经济作物，采后易因低温贮藏发生冷害，表现为果皮褐变、质地劣变。有趣的是，不同基因组背景的香蕉品种耐冷性差异显著：含B基因组的ABB品种（如Pisang Awak）比纯A基因组的AAA品种（如Cavendish）更耐冷，但具体分子机制尚未阐明。此前研究发现，铜 miRNA（Cu-miRNA）通过靶向铜结合蛋白基因参与氧化应激调控，但其在香蕉冷胁迫中的作用仍不清楚。

为解决这一问题，华南农业大学的研究团队以AAA和ABB香蕉果实为材料，系统比较了冷胁迫下表型、生理指标及分子调控网络的差异。研究发现，ABB品种通过维持更高的抗氧化物质（脯氨酸、谷胱甘肽GSH）含量和抗氧化酶（SOD、CAT、POD）活性，显著增强氧化还原稳态。关键机制在于：ABB品种中Cu-miRNAs（尤其是miR528）表达量更高，其通过抑制靶基因多酚氧化酶（MaPPO）和漆酶（MaLAC）的表达，减少氧化损伤。进一步研究表明，转录因子MaSPL4/5通过结合GTAC motif激活Cu-miRNAs转录，且其对B基因组来源的启动子激活效应更强。通过瞬时过表达miR528或沉默miR528的实验，直接验证了miR528-MaPPO模块对冷胁迫响应的正向调控作用。该研究发表于《Journal of Advanced Research》，为利用分子育种提升香蕉耐冷性提供了理论依据。

研究采用以下关键技术：1）生理指标测定（冷害指数、抗氧化酶活性等）；2）生物信息学分析（Cu-MIRNA基因家族鉴定、启动子顺式元件预测）；3）5′RLM-RACE验证miRNA靶向关系；4）双荧光素酶报告系统（DLR）检测MaSPL4/5对启动子的激活；5）农杆菌介导的瞬时转化（过表达/沉默miR528）。

生理变化与抗氧化能力差异
通过比较6°C贮藏下AAA与ABB果实的表型发现，ABB品种冷害症状出现更晚且程度更轻，伴随更高的脯氨酸（5倍）、GSH（1.2倍）含量及SOD/CAT/POD活性。值得注意的是，ABB果实的总抗氧化能力（T-AOC）显著高于AAA，而氧化酶PPO活性波动更平缓，说明其抗氧化系统更高效。

Cu-MIRNA基因家族特征
染色体定位显示，miR397/398/408/528在A/B基因组中位置差异显著，其中miR528位于外显子区可能解释其高表达。启动子分析发现B基因组来源的Cu-MIRNA含有更多低温响应元件，且MaSPL4/5对B基因组启动子的激活强度更高。

Cu-miRNA靶向调控网络
5′RLM-RACE证实miR528切割MaPPO的10-11位核苷酸，miR397/408靶向MaLAC，miR398靶向MaSOD。qPCR显示ABB果实中Cu-miRNAs表达量更高，而靶基因表达受抑制，形成负反馈调控。

MaSPL4/5的转录调控作用
DLR实验表明MaSPL4/5能激活所有Cu-MIRNA启动子，且对B基因组启动子的激活效应更强。表达分析显示ABB中MaSPL4/5诱导幅度达AAA的10倍和5倍，直接驱动Cu-miRNAs的基因型差异表达。

miR528功能验证
瞬时过表达miR528使AAA果实冷害指数降低，而沉默miR528加重ABB果实褐变，证实miR528通过抑制MaPPO增强耐冷性。

该研究首次阐明Cu-miRNAs-MaSPL4/5模块通过调控氧化还原稳态决定香蕉品种间耐冷性差异的分子机制。不仅揭示了B基因组在应激响应中的进化优势，还为利用miR528等分子标记培育耐冷香蕉品种提供了新策略。未来可进一步探索Cu-miRNAs在采后其他胁迫（如干旱、病原侵染）中的交叉调控网络，推动香蕉产业可持续发展。