《Plant Physiology and Biochemistry》：miR156j-3p negatively regulates rice salt tolerance via ROS scavenging and ABA signaling
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本研究针对水稻耐盐性调控机制不清的问题，聚焦于miRNA miR156j-3p的功能解析。研究人员通过遗传学、分子生物学及生理学实验证实，miR156j-3p通过靶向OsRePRP1.2负调控水稻耐盐性，其抑制表达可增强活性氧清除能力和脱落酸信号通路，显著提升盐胁迫下的成活率且不影响产量，为作物抗逆育种提供了新靶点。
土壤盐渍化是制约全球农业生产的主要环境胁迫因素之一，对作物的生长发育和最终产量构成严重威胁。水稻作为世界上最重要的粮食作物之一，其幼苗期对盐胁迫尤为敏感，盐害会导致生长受抑甚至死亡，造成大幅减产。面对日益严峻的粮食安全挑战，培育耐盐性强的水稻品种已成为农业科学研究的重要方向。植物在长期进化过程中形成了一系列应对盐胁迫的复杂调控机制，包括渗透调节、活性氧（ROS）清除和代谢重编程等。其中，microRNA（miRNA）作为一类重要的基因表达调控因子，在植物非生物胁迫响应中扮演着关键角色。在众多miRNA中，miR156家族是一个高度保守的家族，但其成员miR156j-3p在盐胁迫响应中的具体功能尚不明确，其调控网络和分子机制仍有待揭示。
为了阐明miR156j-3p在水稻盐胁迫应答中的作用机制，广西大学农业学院的研究团队在《Plant Physiology and Biochemistry》上发表了一项系统性研究。研究人员综合利用了植物遗传转化技术（包括过表达和基因沉默技术）、分子生物学技术（如5‘-RLM-RACE、瞬时表达分析、RT-qPCR）、生理指标测定（如H2O2和MDA含量、抗氧化酶活性检测）以及组织化学染色（DAB、NBT和H2DCFDA染色）等多种实验手段，以粳稻品种中花11（ZH11）为材料，深入探讨了miR156j-3p及其靶基因OsRePRP1.2在调控水稻耐盐性中的功能。
3.1. miR156j-3p负向调控水稻耐盐性
研究人员首先检测了盐胁迫下水稻中miR156家族成员的表达模式，发现miR156j-3p的表达在150 mM NaCl处理下呈现持续性下调。为了验证其功能，他们构建了miR156j-3p过表达（miR156j-3p-ox）和基因沉默（STTM156j-3p）的转基因水稻株系。盐耐受性表型分析显示，与野生型ZH11相比，STTM156j-3p植株在盐胁迫后表现出更高的存活率、更慢的叶片失水速率以及更轻的叶片衰老程度，而miR156j-3p-ox植株则未表现出显著的敏感性增强。这一结果明确表明miR156j-3p是水稻耐盐性的负调控因子。
3.2. miR156j-3p通过靶向OsRePRP1.2调控水稻耐盐性
通过生物信息学预测和实验验证，研究人员将OsRePRP1.2鉴定为miR156j-3p的直接靶基因。5’-RLM-RACE实验证实了miR156j-3p在OsRePRP1.2mRNA上的特异性切割位点，烟草瞬时表达实验进一步表明miR156j-3p能够抑制OsRePRP1.2-GFP的蛋白积累。表达分析显示，OsRePRP1.2的表达与miR156j-3p呈负相关，且在盐胁迫下被诱导表达。功能研究发现，OsRePRP1.2过表达（RePRP1.2-ox）转基因植株表现出与STTM156j-3p植株相似的增强的耐盐表型。进一步机制探索表明，盐胁迫下，STTM156j-3p和RePRP1.2-ox植株中钾离子转运蛋白相关基因（OsHAK5, OsHKT1;1, OsHKT1;5）的表达显著上调，而SOS途径基因表达无显著变化。原生质体互补实验证实了miR156j-3p通过OsRePRP1.2调控这些耐盐相关基因的表达。
3.3. miR156j-3p和OsRePRP1.2通过调节ABA信号通路调控水稻耐盐性
研究表明，ABA处理抑制miR156j-3p的表达但诱导OsRePRP1.2的表达。ABA敏感性实验发现，STTM156j-3p和RePRP1.2-ox植株对外源ABA处理表现出更强的敏感性，其幼苗根和芽的生长受到更显著的抑制。基因表达分析显示，在盐胁迫下，STTM156j-3p和RePRP1.2-ox植株中ABA响应信号通路基因（OsRAB16A, OsLEA3）和ABA生物合成基因（OsNCED2, OsNCED5）的表达水平显著高于野生型。这些结果说明miR156j-3p-OsRePRP1.2模块通过ABA依赖性途径参与盐胁迫响应。
3.4. miR156j-3p和OsRePRP1.2通过调节盐胁迫下的ROS清除能力
研究发现，盐胁迫下，STTM156j-3p和RePRP1.2-ox植株中ROS清除酶基因（OsCatB, OsAPX1, OsAPX2）的表达上调更为显著。生理指标检测证实，这些转基因植株积累了更少的H2O2和MDA，同时具有更高的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）活性。组织化学染色（DAB、NBT和H2DCFDA染色）直观地显示了转基因植株中ROS积累水平低于野生型。这些结果表明增强的ROS清除能力是miR156j-3p-OsRePRP1.2模块提高水稻耐盐性的重要生理基础。
3.5. 抑制miR156j-3p和过表达OsRePRP1.2可在不减产的前提下增强水稻耐盐性
关键的农艺性状调查显示，STTM156j-3p和RePRP1.2-ox转基因水稻在正常生长条件下，其株高、分蘖数、穗长、千粒重、结实率等主要产量性状与野生型ZH11相比无显著差异。这表明通过调控miR156j-3p-OsRePRP1.2模块来增强水稻耐盐性，是一种具有潜在应用价值的育种策略，因为它避免了通常伴随抗逆性增强而来的生长代价。
本研究系统解析了miR156j-3p通过直接靶向OsRePRP1.2负调控水稻耐盐性的分子机制。盐胁迫抑制miR156j-3p的表达，从而解除其对OsRePRP1.2的抑制，进而通过激活ABA信号通路和增强ROS清除能力来提高水稻的耐盐性。该研究不仅揭示了一个新的miRNA调控耐盐性的通路，扩展了我们对miR156家族功能多样性的认识，而且鉴定出的miR156j-3p和OsRePRP1.2基因具有作为作物耐盐性遗传改良重要靶标的潜力。尤为重要的是，利用STTM技术抑制miR156j-3p或过表达OsRePRP1.2均能在显著增强耐盐性的同时，不对水稻产量性状产生负面影响，这为未来培育高产且耐盐的水稻新品种提供了坚实的理论依据和可行的技术路径。
