解读水稻中的OsmiR395调控网络：基因组结构、miRNA的生物合成、靶基因调控及功能多样化

《Gene Reports》：Decoding the OsmiR395 regulatory network in rice: Genomic organization, miRNA biogenesis, target regulation, and functional diversification

　　

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  OsMIR395 是一个扩展的、聚集的 miRNA 家族，但其注释支持程度不均衡。
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  OsAPS1、OsSULTR2;1 和 OsSULTR2;2 是获得最多支持的直接作用靶标。
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  OsmiR395 将硫酸盐稳态与水稻的细菌抗性联系起来。
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  网络层面的多样性比位点特异性专门化得到了更好的支持。
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  一个层次模型将家族扩展、miRNA 加工和靶标选择联系起来。

引言

植物微小RNA（miRNAs）是约2024个核苷酸长的调节性RNA，通过序列定向沉默来控制基因表达。MIR基因被转录为初级miRNAs（pri-miRNAs），主要由含有DICER-LIKE1（DCL1）的复合体处理，并装载到ARGONAUTE（AGO）蛋白中。在植物中，miRNA-AGO复合体主要通过切割靶标RNA来发挥作用，而翻译抑制提供了一个额外的调节层（Kurihara和Watanabe，2004；Xu和Chen，2023；Yu等人，2026）。这些途径将miRNA的活性与发育、营养稳态、环境响应和免疫联系起来。然而，许多保守的miRNAs是由多基因家族编码的，这些家族的成员产生相同或密切相关的成熟序列（Samelak-Czajka等人，2023）。

MIR家族的扩展可以由全基因组、片段性、串联或局部重复引起（Zhang等人，2011）。重复的位点可能保留成熟的miRNA序列，但在启动子上下文、前体结构、加工效率或表达方面存在差异，从而产生调节异质性，而不一定改变靶标特异性。最近的比较分析表明，全基因组重复在保守的MIR家族扩展中发挥了重要作用，随后是谱系特异的保留、丢失和序列分化（Qin等人，2025）。重要的是，拷贝数的增加本身并不表示适应性多样化：重复的MIR位点也可能通过中性保留、剂量效应或不完全分离而持续存在。在这篇综述中，“调节多样化”指的是MIR395位点在转录、加工、成熟miRNA的产生或靶标结合方面的差异；“功能多样化”是指与不同生物学结果相关的位点依赖性差异；“专门化”则表示有位点解析证据支持的非等效贡献。因此，家族层面的成熟miRNA丰度测量不能确定单个位点的贡献。

水稻MIR395家族为研究这些问题提供了一个有用的系统。最初的基因组分析在四个紧凑的簇中鉴定出24个MIR395基因，其中三个簇归因于片段性重复，第四个簇被认为反映了基因间重组（Guddeti等人，2005）。有两个簇仅在AA基因组的Oryza物种中被检测到。在这里，所描述的这个家族的“进化特征”具体指的是其聚集的基因组组织、重复关系、重组历史和谱系限制的保留；这些特征记录了进化历史，但本身并不表示适应性专门化。当前的OsMIR395清单也应被视为依赖于注释的，因为数据库在注释标准和支持单个位点作为真正MIR基因的小RNA证据方面存在差异。聚集的组织也提出了协调或多顺反子转录的可能性。尽管已经实验验证了几个水稻位点的多顺反子miRNA转录，但报告的OsMIR395簇并不在其中；因此，它们的多顺反子转录仍然是一个可检验的假说，而不是一个既定的特征（Baldrich等人，2016）。

在功能层面，最有力的证据表明OsmiR395与硫酸盐稳态和细菌抗性有关。基因和分子分析显示，OsmiR395调节OsAPS1、OsSULTR2;1和OsSULTR2;2，改变硫酸盐的吸收和分布，并增强对Xanthomonas oryzae pv. oryzae和X. oryzae pv. oryzicola的抗性（Z. Yang等人，2022b）。这些发现确定了OsmiR395在水稻中的生理相关硫调节模块。然而，这些发现并没有证明单个OsMIR395位点具有等同或不同的功能。位点特异性的转录、前体加工、成熟miRNA的产生和靶标结合仍然没有完全解决；因此，提出的家族成员之间的差异应被视为潜在的调节专门化，除非有位点解析的分子或表型证据支持。

因此，这篇综述将OsMIR395视为一个多层面的调节网络，连接基因组组织、转录、前体加工、成熟miRNA的产生、靶标识别和生物学输出。我们区分了实验验证的机制和家族层面的推断，并批判性地评估了注释的可靠性、聚集转录、前体和异构miRNA的多样性、靶标验证、生理功能以及家族扩展的进化解释。中心问题不仅在于水稻为何保留多个MIR395拷贝，还在于这些拷贝之间的分子差异是否有证据支持，以及它们是否转化为真正的调节或功能多样化。

章节片段

注释、命名法和跨数据库支持

水稻MIR395家族的报告大小取决于注释来源和基因组版本。（Guddeti等人，2005）四个簇中有24个MIR395基因，而miRBase 2026年8月的版本列出了25个前体记录，osa-MIR395ay。这种差异反映了位点发现、映射、前体定义和命名法的变化，而不是新进化拷贝的证据。在这里，OsMIR395表示基因组的miR位点或家族，pri-miR395表示初级转录本，pre-miR395表示前体RNA的茎环结构

转录调控和miRNA生物的发生

只有当单个OsMIR395位点被转录并且它们的前体产生成熟miRNAs时，基因组扩展才具有功能意义（Gonzalo等人，2022；Rojas等人，2020）。因为多个位点可以产生相同或密切相关的产物，仅凭成熟OsmiR395的丰度无法确定贡献的位点。因此，本节将OsMIR395特有的证据与从更广泛的植物和水稻miRNA途径推断出的机制区分开来（图2）。

靶标识别和转录后调控

AGO加载后，成熟的OsmiR395通过序列依赖性识别来调控转录本。因为多个OsMIR395位点可以产生相同或密切相关的成熟产物，基因组的拷贝数本身并不能决定靶标特异性。实际中的靶标网络取决于成熟的small-RNA种类、miRNAtarget的互补性、丰度、AGO的结合以及时空上的共表达。

OsmiR395调节网络的功能多样化

miRNA基因家族的扩展并不一定意味着生物学功能的扩展。对于OsMIR395来说，关键问题是重复的位点是否获得了不同的内源功能，或者多个拷贝主要是贡献于一个共同的成熟miRNA池。当前的证据支持在家族/网络层面的功能广度，但关于单个OsMIR395位点的专门化的证据仍然有限。这种区分很重要，因为家族范围内的过表达或

进化保守性和调节多样化

当将OsMIR395家族的进化意义放在Oryza sativa参考基因组之外考虑时，这一点变得更加清晰。中心问题不仅仅是miR395是否存在于其他植物中，因为保守的miRNA家族可以在相当大的进化距离上持续存在。更重要的是确定调节系统的哪些组成部分受到了限制，哪些可以自由多样化。比较分析表明，保守的植物MIR家族可以

知识空白和实验优先级

为了深入了解OsMIR395，需要将焦点从家族层面的关联转移到位点解析的因果关系。先前的研究表明，水稻中存在扩展的MIR395家族。单个前体可以被表达和处理，成熟的OsmiR395可以直接调节内源靶标并产生可测量的生理输出。然而，这些观察结果通常是在独立的实验中建立的，很少将定义明确的MIR395基因组联系起来

结论

最好将OsMIR395视为一个多拷贝的调节系统，而不是单一的硫响应miRNA。其基因组聚集、前体多样性、转录调控、加工和靶标识别共同塑造了调节输出。当前的证据牢固地将成熟的OsmiR395与硫酸盐稳态和细菌抗性联系起来，通过直接调节OsAPS1、OsSULTR2;1和OsSULTR2;2。然而，家族扩展和序列分化本身并不表示功能多样化

CRediT作者贡献声明

Fawad Rauf：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，方法论，数据管理，概念化。Chen Wenhui：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，概念化。Hakim Zamir：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，数据管理，概念化。Hussam Ahmad：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，数据管理，概念化。Zameer Hussain Jamali：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，概念化。

资助

这些数据没有得到任何研究结果的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文报告的工作。

Fawad Rauf|Chen Wenhui|Hakim Zamir|Hussam Ahmad|Zameer Hussain Jamali|Shahrukh Khan|Shakal Khan Korai