586植物学报53(5)2018 hc-sIRNA等( Mallory and Vaucheret,2006)。 miRNA耐受性。进一步研究发现,mR319的靶基因 OsPCF5 是内源基因编码的一类能与靶mRNA互补配对的 和OS尸CF8的RNA转基因植物也表现出同样的低温 种单链小RNA,主要参与基因的转录后调控。大量研耐受性,表明miR319具有调控植物适应低温胁迫的 究表明, SIRNA和 miRNA在植物生长发育和非生物胁重要作用( Yang et al,2013)。综上,目前的研究表明, 迫响应过程中发挥重要作用( Phillips et al.,2007;在非生物胁迫过程中,很多小RNA的表达都会发生 Sunkar et al, 2007) 改变,但是哪些小RNA才是真正参与胁迫应答调控 的直接分子,尚待进一步研究 32小RNA与植物应答非生物胁迫 迄今已有许多研究证明,小RNA在调控植物响应非4染色质重塑与非生物胁迫 生物胁迫中扮演着十分重要的角色(表3)。小RNA常 通过RdDM( RNA-directed DNA methylation)途径影ATP依赖的染色质重塑是染色质重塑复合体利用 响DNA甲基化修饰,进而响应非生物胁迫。 Huang等ATP水解释放的能量来改变染色质结构,从而调控真 (2016)发现,SAGO4A作为RNA介导的DNA甲基化核生物基因表达的一种重要的表观遗传调控机制 途径的重要因子参与了番茄( Solanum lycopersicum)( Racki and Narlikar,2008)。ATP依赖的染色质重塑 应答干旱和高盐胁迫的过程。相比野生型,SAGO4A复合物主要分为4个家族: SWU/SNF家族、|SW家族 下调的转基因番茄植株表现出对干旱和高盐的耐受CHD家族和NO80家族。SW/SNF是第1个被发现的 性。同样,在研究RdDM途径的过程中, Naydenov等ATP依赖的染色质重塑复合物( Sudarsanam and (2015)发现RdDM途径中的2个植物特异的RNA聚合 Winston,2000)。SW/SNF复合物通过改变染色质结 酶PoⅣ和PoⅣ参与了高温胁迫下DRM2基因的表达构在DNA修饰、重组以及基因表达中发挥重要作用 调控,并且在PoV和Po的缺失突变体中,ROS基( Geiman and Robertson,2002)。研究表明,SW 因的表达也受到抑制。 Tricker等(2012)在研究气孔发SNF复合物也参与了环境胁迫对植物生长发育的调 育时,发现 SIRNA参与了拟南芥气孔发育的2个关键控。例如,在拟南芥中,过表达SNF2/ Brahma类型的 基因 SPECHLESS和FAMA在低湿度胁迫下的DNA染色质重塑蛋白ACHR12,该过表达植株在干早和 甲基化过程,从而调节拟南芥对湿度改变的适应。通高温等胁迫下表现出花芽以及初生茎生长停滞现象 常情况下,当植物处于不良环境时,体内并非仅有某 Mlynarova et a,2007)。同时,有研究表明 特定mRNA的表达发生变化,而是大量的 miRNAS SWUSNF和CHD复合物都参与了ABA调控的拟南芥 表达都发生改变。例如,在水稻中,干旱诱导下有m种子萌发及生长等过程( Perruc et al,2007; Saez et R170和miR171等11个sRNA表达下调,有miR474和al,2008)。 miR845等8个sRNA表达上调( Zhou et al,2010);野 染色质重塑复合物在调节非生物胁迫相关基因 生二粒小麦( Triticum turgidum ssp. dicoccoides)在的表达中起重要作用(表4)。对拟南芥的研究表明 干旱胁迫下有13个 miRNAs会受到不同程度的调控SW3B能与ABA通路重要调控因子HAB1结合,从而 ( Kantar et al,2011)。许多研究表明, miRNA相关基参与ABA调节的植物对非生物胁迫的适应过程 因的突变都会对植物的叶片发育产生影响。拟南芥中HAB1是ABA信号通路中起关键作用的负调控因子, 编码NFYA5转录因子的基因在干旱胁迫下能通过拟南芥sW3b突变体表现出种子萌发对ABA的弱敏感 BA依赖途径被miR169靶向调控,敲除突变体nya5性,ABA应答基因RAB18和RD29B的表达下降,并且 和miR169的过表达植株都表现出叶片失水加快以及发现ABA能降低HAB1在RAB18和RD2B基因启动子 对干旱胁迫十分敏感等表型。基因芯片分析发现,上的富集( Saez et al,2008; Yuan et al,2013)。在 NFYA5对许多应答干旱胁迫的基因具调控作用(Liet拟南芥中,植物对ABA的响应大多通过转录因子 al,2008)。在水稻中, mirNA319基因家族有2个成AB5调节。Han等(2012)发现,SW2/SNF2家族成员 员,即Osa-MR319a和osa-MR319b。其过表达植株BRM的功能缺失导致拟南芥对ABA超敏感,BRM能 相比野生型都具有较宽的叶片,并且具有较强的低温与AB/5基因结合,BRM的缺失使得核小体不稳定,进 ⊙植物学报 Chinese Bulletin of Botany586 植物学报 53(5) 2018 hc-siRNA等(Mallory and Vaucheret, 2006)。miRNA 是内源基因编码的一类能与靶mRNA互补配对的一 种单链小RNA, 主要参与基因的转录后调控。大量研 究表明, siRNA和miRNA在植物生长发育和非生物胁 迫响应过程中发挥重要作用(Phillips et al., 2007; Sunkar et al., 2007)。 3.2 小RNA与植物应答非生物胁迫 迄今已有许多研究证明, 小RNA在调控植物响应非 生物胁迫中扮演着十分重要的角色(表3)。小RNA常 通过RdDM (RNA-directed DNA methylation)途径影 响DNA甲基化修饰, 进而响应非生物胁迫。Huang等 (2016)发现, SlAGO4A作为RNA介导的DNA甲基化 途径的重要因子参与了番茄(Solanum lycopersicum) 应答干旱和高盐胁迫的过程。相比野生型, SlAGO4A 下调的转基因番茄植株表现出对干旱和高盐的耐受 性。同样, 在研究RdDM途径的过程中, Naydenov等 (2015)发现RdDM途径中的2个植物特异的RNA聚合 酶PolIV和PolV参与了高温胁迫下DRM2基因的表达 调控, 并且在PolIV和PolV的缺失突变体中, ROS基 因的表达也受到抑制。Tricker等(2012)在研究气孔发 育时, 发现siRNA参与了拟南芥气孔发育的2个关键 基因SPECHLESS和FAMA在低湿度胁迫下的DNA 甲基化过程, 从而调节拟南芥对湿度改变的适应。通 常情况下, 当植物处于不良环境时, 体内并非仅有某 一特定miRNA的表达发生变化, 而是大量的miRNAs 表达都发生改变。例如, 在水稻中, 干旱诱导下有mi￾R170和miR171等11个sRNA表达下调, 有miR474和 miR845等8个sRNA表达上调(Zhou et al., 2010); 野 生二粒小麦(Triticum turgidum ssp. dicoccoides)在 干旱胁迫下有13个miRNAs会受到不同程度的调控 (Kantar et al., 2011)。许多研究表明, miRNA相关基 因的突变都会对植物的叶片发育产生影响。拟南芥中 编码NFYA5转录因子的基因在干旱胁迫下能通过 ABA依赖途径被miR169靶向调控, 敲除突变体nfya5 和miR169的过表达植株都表现出叶片失水加快以及 对干旱胁迫十分敏感等表型。基因芯片分析发现, NFYA5对许多应答干旱胁迫的基因具调控作用(Li et al., 2008)。在水稻中, miRNA319基因家族有2个成 员, 即Osa-MIR319a和Osa-MIR319b。其过表达植株 相比野生型都具有较宽的叶片, 并且具有较强的低温 耐受性。进一步研究发现, miR319的靶基因OsPCF5 和OsPCF8的RNAi转基因植物也表现出同样的低温 耐受性, 表明miR319具有调控植物适应低温胁迫的 重要作用(Yang et al., 2013)。综上, 目前的研究表明, 在非生物胁迫过程中, 很多小RNA的表达都会发生 改变, 但是哪些小RNA才是真正参与胁迫应答调控 的直接分子, 尚待进一步研究。 4 染色质重塑与非生物胁迫 ATP依赖的染色质重塑是染色质重塑复合体利用 ATP水解释放的能量来改变染色质结构, 从而调控真 核生物基因表达的一种重要的表观遗传调控机制 (Racki and Narlikar, 2008)。ATP依赖的染色质重塑 复合物主要分为4个家族: SWI/SNF家族、ISWI家族、 CHD家族和INO80家族。SWI/SNF是第1个被发现的 ATP依赖的染色质重塑复合物(Sudarsanam and Winston, 2000)。SWI/SNF复合物通过改变染色质结 构在DNA修饰、重组以及基因表达中发挥重要作用 (Geiman and Robertson, 2002)。研究表明, SWI/ SNF复合物也参与了环境胁迫对植物生长发育的调 控。例如, 在拟南芥中, 过表达SNF2/Brahma类型的 染色质重塑蛋白AtCHR12, 该过表达植株在干旱和 高温等胁迫下表现出花芽以及初生茎生长停滞现象 (Mlynárová et al., 2007) 。同时 , 有研究表明 , SWI/SNF和CHD复合物都参与了ABA调控的拟南芥 种子萌发及生长等过程(Perruc et al., 2007; Saez et al., 2008)。 染色质重塑复合物在调节非生物胁迫相关基因 的表达中起重要作用(表4)。对拟南芥的研究表明, SWI3B能与ABA通路重要调控因子HAB1结合, 从而 参与ABA调节的植物对非生物胁迫的适应过程。 HAB1是ABA信号通路中起关键作用的负调控因子, 拟南芥swi3b突变体表现出种子萌发对ABA的弱敏感 性, ABA应答基因RAB18和RD29B的表达下降, 并且 发现ABA能降低HAB1在RAB18和RD2B基因启动子 上的富集(Saez et al., 2008; Yuan et al., 2013)。在 拟南芥中, 植物对ABA的响应大多通过转录因子 ABI5调节。Han等(2012)发现, SWI2/SNF2家族成员 BRM的功能缺失导致拟南芥对ABA超敏感, BRM能 与ABI5基因结合, BRM的缺失使得核小体不稳定, 进 © 植物学报 Chinese Bulletin of Botany