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植物微RNA在生物体内外的通讯作用

期刊:New PhytologistDOI:10.1111/nph.18360

这篇文档属于类型b,即一篇科学论文,但不是单一原创研究的报告,而是一篇综述文章。以下是针对该文档的学术报告:

作者与发表信息

本文的主要作者是Elena Loreti和Pierdomenico Perata,分别来自意大利国家研究委员会(CNR)的农业生物与生物技术研究所以及圣安娜高级研究学院的植物科学中心。文章于2022年发表在《New Phytologist》期刊上。

主题

本文的主题是植物中的微小RNA(microRNAs, miRNAs)在生物体内和生物间的移动性及其在植物通信中的作用。文章综述了miRNAs作为移动分子在植物内部、植物与病原体之间、以及植物与植物之间的信号传递机制,并探讨了其在植物发育、抗病和植物间通信中的重要性。

主要观点

1. miRNAs在植物内部的移动性

miRNAs不仅可以在细胞内发挥作用,还可以通过细胞间移动影响其他细胞的功能。研究表明,miRNAs可以通过韧皮部(phloem)从植物的地上部分移动到根部,或者通过胞间连丝(plasmodesmata)进行短距离移动。例如,miR399在磷缺乏条件下从叶片移动到根部,抑制其靶基因PHO2的表达,从而激活植物对磷的吸收。此外,miR156的移动性也被证明可以通过嫁接实验观察到,它在控制植物发育过程中发挥重要作用。

2. miRNAs在植物与病原体相互作用中的移动性

miRNAs在植物与病原体之间的跨物种RNA干扰(cross-kingdom RNA interference, RNAi)中扮演重要角色。病原体可以通过将小RNA(small RNAs, sRNAs)传递给宿主植物,抑制宿主的免疫反应基因。同时,植物也可以通过外泌体样囊泡(exosome-like extracellular vesicles)将sRNAs传递给病原体,抑制其毒力基因的表达。例如,灰霉病菌(Botrytis cinerea)产生的sRNAs可以结合拟南芥的AGO1蛋白,诱导宿主基因的沉默。而棉花植物在感染黄萎病菌(Verticillium dahliae)时,会生成miR159和miR166,靶向真菌的毒力基因。

3. miRNAs作为植物间的信号分子

miRNAs不仅在植物内部和植物与病原体之间移动,还可以在植物之间传递。研究表明,植物可以通过分泌miRNAs到外部生长介质中,影响附近植物的基因表达和表型。例如,拟南芥植物在共享生长介质时,miR399和miR156可以通过根系被邻近植物吸收,并在接收植物中诱导靶基因的转录后基因沉默(post-transcriptional gene silencing, PTGS)。这种植物间的miRNA传递为植物通信提供了一个新的概念。

4. miRNAs的分泌与吸收机制

尽管miRNAs的移动性已被广泛研究,但其分泌和吸收的机制仍不明确。一种可能的机制是通过外泌体(exosomes)将miRNAs释放到细胞外,但研究表明,miRNAs也可以在非外泌体形式下稳定存在于外部介质中。此外,miRNAs的移动形式可能是双链miRNA(miRNA duplex)或单链成熟miRNA(mature miRNA),具体机制仍需进一步研究。

5. miRNAs在植物疾病控制中的应用

miRNAs的移动性为植物疾病控制提供了新的工具。通过宿主诱导基因沉默(host-induced gene silencing, HIGS)技术,植物可以表达靶向病原体基因的sRNAs,从而增强对病害的耐受性。此外,喷雾诱导基因沉默(spray-induced gene silencing, SIGS)技术通过直接喷洒靶向病原体基因的sRNAs,提供了一种非转基因的病害控制方法。

意义与价值

本文综述了miRNAs在植物内部、植物与病原体之间、以及植物之间的移动性,揭示了miRNAs在植物通信和抗病中的重要作用。这些发现不仅扩展了我们对植物信号传递机制的理解,还为植物病害控制提供了新的策略。此外,miRNAs作为植物间信号分子的发现,为植物生态学和植物间相互作用的研究开辟了新的方向。

总结

本文通过综述miRNAs的移动性及其在植物通信中的作用,展示了miRNAs在植物发育、抗病和植物间通信中的多功能性。文章不仅总结了当前的研究进展,还提出了未来研究的方向,为植物科学领域的研究者提供了重要的参考。

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