miR172參與植物發育調控的研究進展

徐子涵 胡鳳榮

（南京林業大學風景園林學院，南京 210037）

microRNAs（miRNAs）是一類長度為19-25 nt的非編碼小分子RNA［1］，由較長的初級轉錄物primiRNA自身折疊成具莖環結構的前體pre-miRNA，再經過剪切、甲基化、切割、解旋等過程后形成［2-3］，可通過剪切靶基因的轉錄產物或抑制蛋白質翻譯發揮負調控基因表達的作用［4］，在動物和植物中均有發現。近幾年研究表明，植物中的miRNA對植物生長發育、信號傳導及逆境響應等多個生物學過程均起到調控作用，且許多miRNA可以調控多個器官的生長發育［5］。因此，分別掌握不同miRNA的結構、表達特點及功能對探究植物的發育生物學具有重要意義。

microR172（miR172）是在植物中最早被克隆出的miRNA之一，在植物中廣泛存在，被認為在植物發育中起到基礎性的作用［6］。近年來，miR172通過調控APETALA2（AP2）類基因，如TARGET OF EAT1（TOE1）、TOE2、TOE3、SCHLAFMüTZE（SMZ）和SCHNARCHZAPFEN（SNZ），在植物的開花誘導、花器官形態建成、果實成熟、葉片和根的生長等各器官的發育過程中的作用逐漸得到挖掘。本文對近20年來miR172參與植物發育調控的研究進行綜述，包括對營養器官、生殖器官和其他器官發育的調控及對發育階段過渡的影響，以期為miRNA的進一步研究提供參考。

1 miR172在植物營養器官發育中的功能

1.1 miR172參與調控植物葉片的發育

miR172參與營養器官發育的研究較少，主要集中在葉片、塊莖和根中。2002年，Park等［6］最初在擬南芥（Arabidopsis thaliana）中發現，Dicer的同源基因——CAF（carpel factory）及一個新基因HEN1的突變導致了相似且多方面的發育缺陷，研究者在突變體植株中通過RNA濾膜雜交發現，miR172在莖和葉中的積累量較高，且隨著生長天數的增加積累量逐漸升高，初步推測miR172在營養器官發育中起到一定的作用，并受時空的調控。

為驗證這種作用，Chen［7］將MIR172a-1在擬南芥植株過度表達，發現miR172含量的升高導致莖生葉上出現柱頭組織，且蓮座葉向上卷曲，這提示AG（AGAMOUS）mRNA的含量升高，表明miR172可能調控AG基因的表達；Wu等［8］表達35S∷miR172b的植物葉原基較正常提前產生了毛狀體，與TOE1和TOE2的單、雙突變體的表現一致，證明miR172通過調控TOE1和TOE2的表達促進擬南芥葉片表皮特征的形成。另外，鑒于葉片生長與激素信號傳導的密切關系，Kim等［9］研究表明一種bak1-SUP1擬南芥植株表現出長而窄的蓮座葉和更高的油菜素類固醇（Brassinolide，BR）敏感性，通過分析發現miR172在該植株中過度積累，分離單個miR172-D突變體后的詳細表型分析表明，過表達miR172促進了成體植物葉片的伸長，表明miR172通過調節BR敏感性來調節營養生長模式。

同時，實時熒光定量PCR結果顯示，龍眼（Dimocarpus longan）中dlo-miR172-scaffold4293在葉片中特異地高表達［10］；在文心蘭（Oncidium hybridum）中，miR172a在葉中也大量表達，并與候選靶標Unigene0031619（p21-活化蛋白激酶）、Unigene0020903（E3泛素蛋白連接酶）和Unigene0037064（肌球蛋白）的表達呈負調控關系［11］，表明miR172及其靶基因在其他植物葉片的生長發育中同樣也具有調控功能，但尚未進行轉基因驗證。

1.2 miR172參與調控植物根的發育

根作為植物地下部分的重要器官，其發育的重要性影響整個植物的生長。Kim等［9］對擬南芥miR172-D突變體的詳細表型分析表明，過表達miR172促進了幼苗的根和下胚軸伸長，使其在介質中汲取更多養分；Shivaraj等［12］在芥菜（Brassica juncea）的根中也檢測到了較高含量的miR172，表明其在蕓苔屬根的發育過程中可能發揮額外的作用；在丹參（Salvia miltiorrhiza）發育中的qRT-PCR分析表明，miR156a和miR156b在根、莖和葉中的含量隨著丹參的生長而降低，相反，miR172a和miR172b水平升高［13］，暗示miR172可能受miR156調控而與其共同參與根的發育調控過程。

豆科植物的根具有特殊功能，其皮層細胞因根瘤菌的侵入刺激能夠迅速分裂，而使根的局部體積膨大，形成根瘤［14］。根瘤菌從根瘤細胞中攝取水分和養料，同時也能固定游離氮、合成含氮化合物，為豆科植物所利用。從分子機制提高根瘤的數量和根的生長能力均能影響豆科植物的固氮能力。Yan等［15］發現大豆（Glycine max）中的miR156調控miR172的表達并控制AP2轉錄因子的水平，AP2可直接或間接的調節非共生血紅蛋白的表達，以影響大豆根中的根瘤數量；Nova-Franco等［16］則用miR172的增加導致了AP2-1基因沉默，從而促進了菜豆（Phaseolus vulgaris）根的生長，從而增加了根瘤菌的侵染，提高了早期結瘤基因的表達和結瘤基因的自身調節能力，改善了結瘤和固氮。

1.3 miR172參與調控其他營養器官的發育

某些植物所具有的特殊的營養器官發育中不乏miR172的參與，除在文心蘭假鱗莖中觀察到miR172的高表達外［11］，在馬鈴薯（Solanum tuberosum）中過度表達miR172能夠在適度誘導的光周期下加速塊莖的形成。研究者進一步探究發現，在PHYB（Photoreceptor phytochrome B）豐度較低的長日照植株中，葉片中BEL5的mRNA和miR172的水平降低，而在匍匐莖中增加；同時，過表達miR172的植物中BEL5的mRNA水平增加。此外，一個AP2-like的mRNA鑒定表明，它含有miR172的結合位點，在PHYB中沉默，且miR172過表達的植物中下調。結果表明，miR172及其靶基因AP2-like在馬鈴薯塊莖抑制因子PHYB的下游和馬鈴薯塊莖啟動子BEL5的上游起作用［17］。

另 外，Zhao等［18］在 過 表 達miR172靶 基 因GmTOE4a的大豆株系中還發現了其調節多個營養器官的現象，包括增加莖粗、降低株高、縮小節間長度和葉片大小等性狀，影響整個植物的形態，以提高大豆的產量和抗倒伏能力，暗示了miR172還具有諸多潛在功能等待挖掘。

2 miR172在植物生殖器官發育中的功能

2.1 miR172參與調控植物的花發育

2.1.1 miR172參與調控開花時間 Aukerman等［19］首次發現了miR172對于開花時間的調控作用，使用激活標記的方法證實miR172在擬南芥中過度表達時，通過翻譯機制下調其靶基因AP2家族的表達。不僅由于AP2本身的AP2蛋白水平顯著降低，導致擬南芥提前開花，同時，miR172還可抑制TOE1和TOE2的表達，這兩個基因作為成花抑制因子，在控制開花時間方面也起到一定的作用。該研究還構建了一個miR172對開花時間的調控模型，miR172的瞬時表達導致AP2-like靶基因在翻譯水平上瞬時下調，一旦靶蛋白降低到臨界閾值以下，就會觸發開花。光周期是調控高等植物開花的主要途徑，隨著晝夜節律的改變，會引起一部分基因含量發生變化，致使植物提前或推遲開花。在擬南芥中，Schmid等［20］發現了潛在的一大批在光周期誘導下被下調的花抑制因子，其中包括2個能夠抑制開花的AP2結構域的編碼基因——SMZ和SNZ，它們與miR172有部分互補的特征。Jung等［21］證明，GI（GIGANTEA）介導的光周期開花受2種不同遺傳途徑的協同作用控制：一種通過CO（CONSTANS）介導；另一種則通過miR172及其靶基因TOE1誘導的獨立于CO的FT（FLOWERING LOCUS T）來進行調控。Zhao等［18］在大豆過表達GmTOE4a的株系中均出現了晚花現象，并且抑制了包括GmFT2a、GmFT5a、GmAP1和GmLFY在內的與開花相關的基因，開花抑制因子GmFT4和miR156的表達則被上調，GmTOE4a也通過編碼大豆光受體的成熟基因E3和E4在光周期中介導；但與在擬南芥中不同，miR172介導的GmTOE4a同時也依賴于CO-like基因GmCOL1a發揮作用。

光敏色素是光信號的受體，Lee等［22］在水稻（Oryza sativa）中發現，光敏色素可負調控miR172d以抑制AP2家族中OsIDS1和SNB的表達，從而誘導開花；且2個成花基因Hd3a和RFT1及其直接上游調控基因Ehd1在OsIDS1和SNB的過表達植株中受到抑制。其他激素也可與光周期協同發揮作用，Glazińska等［23］從牽牛（Ipomoea nil）的子葉中分離到了一個編碼InAP2-like轉錄因子的全長cDNA，該序列與擬南芥TOE1的cDNA具有顯著的相似性，并含有與miR172互補的核苷酸。半定量RT-PCR和原位雜交結果表明，InAP2-like轉錄產物的積累量較高，尤其是在5日齡幼苗的子葉中，而在之后16 h的暗處理期間，InAP2表達增加，miR172積累減少。生長激素和乙烯處理以及夜間休眠，完全消除了牽牛的開花誘導，導致牽牛子葉中InAP2-like的mRNA水平下降，提示miR172和InAP2參與了牽牛的開花誘導機制。

除此之外，在過表達miR172的蘋果（Malus pumila）和小桐子（Jatropha curcas）植株中，均觀察到了提前開花的現象［24-25］；Li等［26］在miR172過表達和被抑制的轉基因大巖桐（Sinningia speciosa）植株中也分別觀察到早、晚開花，且發現是由于miR172表達水平的改變導致了花發育過程中SsAP2-like的上調或下調，從而影響了植物的開花時間。Wang等［27］對歐洲油菜（Brassica napus）的19個euAP2基因進行了RNA-seq和qRT-PCR分析，得出BnaAP2-1、BnaAP2-5和BnaTOE1-2在晚花期材料中的表達水平高于早花期材料，說明它們可能具有抑花作用。可見，miR172對于開花時間的調控幾乎全部是由于AP2類基因導致的。

2.1.2 miR172參與調控花器官形態建成 花卉發育的ABC模型乃至ABCDE模型解釋了幾類同源基因如何賦予萼片、花瓣、雄蕊、雌蕊群（心皮）和胚珠5種類型花器官的身份［28-30］。在擬南芥中，細胞分化、同源基因結構域的劃分等花模式建成過程是通過兩種同源基因AP2和AG的拮抗作用來確定的，它們分別代表A類和C類基因，miR172可通過調控這兩類基因的表達影響花器官形態建成。

在花發育過程中，AP2類基因在分生組織和器官識別中起著至關重要的作用。Aukerman等［19］證實miR172在擬南芥下調了AP2的表達，導致了第二輪花器官（花瓣）的缺失。Chen［7］同樣發現miR172可與AP2的mRNA進行堿基配對，主要通過翻譯來調控AP2的表達，miR172的積累量升高導致了花器官識別缺陷，如第一輪花器官向心皮轉化，類似于功能缺失的AP2突變體；而當AP2的RNA水平升高，miR172堿基配對中斷，則會導致AP2蛋白水平升高和嚴重的花器官數量不確定性。Mlotshwa等［31］進一步在本氏煙草中證實了這一結果，制備了過表達擬南芥AP2（35S∷AP2）、MIR172抗 性AP2突 變 體（35S∷AP2m3）和MIR172a-1（35S∷MIR172）的 轉 基 因 本 氏 煙 草（Nicotiana benthamiana）株系，檢測到35S∷AP2m3植物中AP2mRNA和蛋白含量高，且出現花器官缺陷，花瓣、雄蕊和心皮增多，花器官數量的確定性喪失；而35S∷AP2植株中幾乎檢測不到AP2的mRNA或蛋白水平，數據表明其被本氏煙草的內源miR172同源物所抑制；35S∷MIR172植株中則發生了萼片向花瓣的轉變，以及萼片和花瓣數量的增多，表明本氏煙草的正常花正在被同源基因的功能所干擾。另外，其他AP2類基因也具有此功能，Jung等［32］證明了miR172介導的TOE3對擬南芥花模式形成的抑制是關鍵，TOE3可與AG基因的第二內含子結合或與AP2直接發生相互作用，造成過表達miR172抗性的TOE3轉基因植株花型不確定，具有眾多雄蕊和心皮器官，這與之前在過表達miR172抗性AP2基因的轉基因植株中的表型一致。

進一步研究發現，在花發育過程中，抑制干細胞的活動可維持花發育模式［33］。miR172介導的AP2的抑制對于花干細胞的調控和AG結構域的表達至關重要，因miR172和AG在花模式建成中具有重疊但不同的發育功能，因此研究者得出，miR172是通過調節AG-AP2拮抗組的活性輸出，賦予這對基因一系列的發育功能［34］。但AP2作為A類基因，其mRNA主要聚集在花的外輪，而miR172從早期開始就局限于幼花原基的中心，AP2的表達模式僅短暫的與miR172的模式重疊。AG會在花分生組織中心終止干細胞的增殖，實驗表明，AP2可以引起明顯的花器官增殖缺陷，但這些缺陷并不僅限于花分生組織的中心；此外，AP2從未均勻的擴展到AG突變體花的中心，且miR172很大程度上不受AG活性喪失的影響。因此研究者認為，雄蕊或是花瓣等花器官的發育基于AP2和AG之間活性的平衡，而非二者之間互相排斥［35］。此外，POWERDRESS（PWR）作為一個編碼SANT結構域蛋白的非特異基因，在擬南芥中，MIR172a、MIR172b和MIR172c還可被PWR促進轉錄在花干細胞發育終止中發揮作用，以促進花確定性的形成［36］。

除擬南芥，miR172-AP2在其他植物中的這一功能也逐步得到證實。對于經濟植物而言，花器官形態建成對于果實、種子及其他經濟器官發育的重要性不言而喻。藏紅花（Crocus sativus）的雄蕊具有極大的藥用價值，Tsaftaris等［37］比較了3個AP2/ERF轉錄因子家族的AP2-like基因在藏紅花野生型和無雄蕊和心皮突變體中的表達，二者中均檢測到了AP2-like轉錄本的存在，暗示它以不同的機制控制花器官的發育。Li等［38］、王濤等［39］、張舒婷等［10］、李文靜等［40］、Wang等［27］結合生物信息學和RTPCR分別對番茄（Solanum lycopersicum）、大豆、龍眼、芥藍（Brassica alboglabra）和歐洲油菜中miR172或AP2類轉錄因子的表達模式和功能特征進行了分析，發現它們在植物花器官中表達量較高，提示它們在調節該器官發育方面具有重要的功能。

該類植物的轉基因試驗也不在少數，Zhao等［24］在蘋果的品種‘Royal Gala’分離出來Md-miR172e及其在翻譯水平上調控的靶基因MdAP2，將MdmiR172在擬南芥中過度表達，發現轉基因植株在長日照下出現了早花和花器官缺陷的現象，表明miR172及其靶基因AP2-like參與了開花時間和花器官發育的調控過程；Tang等［25］對多年生木本油料能源植物小桐子進行了轉基因試驗，JcmiR172a轉基因小桐子的每輪花器官均有缺失；進一步的分析發現轉基因小桐子花序分生組織決定基因JcSOC1和JcSEP2的表達量大幅上升，但花器官發育相關基因JcAP2、JcAP3、JcAG、JcSEP1和JcSEP3的 表 達量顯著降低。Shivaraj等［41］從蕪青（Brassica rapa）和芥菜中分離到AP2的4個基因組，生殖階段的高表達水平提示AP2參與了蕓苔屬花的發育；通過對miR172（miR172b、miR172d和miR172e）和靶基因AP2突變體間雜交能的分析，發現二者結合的總自由能不同，這表明油菜中存在復雜的相互作用模式；該研究小組在2018年又比較了蕓苔屬中代表不同亞基因組和前體基因組的MIR172變異的功能，結果顯示，在所有轉基因系中都顯示出加速開花的現象。另外，除35S∷MIR172e和35S∷MIR172e’外，其余功能系均表現出花瓣缺失、萼片心皮化等花器官缺陷［42］。

單子葉的禾本科經濟植物的穗發育中也不乏miR172的參與。玉米（Zea mays）和水稻的穗常為圓錐花序，玉米穗又分為雌穗和雄穗。Chuck等［43］發現玉米的Tasselseed4（Ts4）編碼miR172，該miRNA通過靶向indeterminate spikelet1（ids1）來控制性別決定和分生組織細胞的命運；在玉米雌穗發育過程中，miR172可能對花器官的形成也起到關鍵的調控，在玉米中miR156a-l從玉米幼穗到成熟過渡階段可能作用于幾個SPL基因，并通過它們間接地激活miR172。miR172已被證明能夠下調基因GL15（Glossy15），促進幼穗階段的維持［44］。同時，miR172控制IDS1（Indeterminate Spikelet 1）和SID1（Sister Indeterminate Spikelet 1），通過翻譯抑制和mRNA降解方式，對啟動花分生組織和控制小穗分生組織起決定作用［45］；趙曉鋒等［46］對玉米的降解組測序數據分析也表明，miR172a、miR172e參與細胞分化、種子發育、花器官發育、分生組織保持等過程。Zhu等［47］發現miR172b在水稻中的過表達延緩了小穗分生組織向花分生組織的轉變，導致了花發育缺陷，包括花器官數量和性狀的改變和生育力的降低，與SNB突變體的植株對比和分析發現，miR172可能通過翻譯抑制SNB，從而阻礙水稻小穗的發育。

大麥（Hordeum vulgare）和小麥（Triticum aestivum）的麥穗則是一個穗狀花序，在花序主軸兩側著生有許多小穗，每一小穗的基部有2個較大的硬片，稱為穎片；在穎片內小穗基部可育的僅2-3朵花外面又有2片鱗片狀的薄片，為外稃和內稃，內稃內側基部的2個較小薄片稱漿片。漿片吸水膨脹，使內外稃張開，花藥和柱頭露于花外，以利于傳粉。Brown等［48］曾在大麥的miR172中插入一個Ds元件，Ds-miR172突變體表現出小穗發育異常：小穗頂端部分的穎片轉變為部分發育的小花，穗基部表現出不定小穗分生組織莖發育的異常分枝型，每個分枝不再是單個小穗，而是由多個異常的小穗和其他花器官組成，這些異常與未能正確受到調控的AP2同源基因表型一致。tae-miR172的靶標Q基因也在小麥穗結構的形成中起著關鍵作用，Liu等［49］發現小麥tae-miR172的過表達導致穗的結構發生改變，形成了一種有細長軸的茅狀穗，小穗密度也顯著降低；Q蛋白定位于細胞核，并且具有轉錄抑制活性，同時可與小麥的轉錄抑制因子TaTPL（TOPLESS）發生物理作用，就此揭示了tae-miR172和轉錄副抑制因子TaTPL在控制小麥穗結構中對Q蛋白的功能調控。Anwar等［50］對未成熟大麥穗的小RNA進行了分析，原位雜交結果顯示，miR172和CLY（Cleistogamy 1）共定位于漿片原基，說明這兩個分子可能相互作用；免疫印跡分析顯示，在cly1中miR172靶位的序列多態性降低了CLY1蛋白的豐度，但沒有降低其轉錄的豐度；而在DS誘導的Hv-miR172a突變體中，沒有產生成熟的miR172a，導致漿片非常小；且漿片是小穗中僅有的CLY1和miR172表達重疊的器官，表明miR172通過介導CLY1介導大麥漿片的發育。之前已有人發現，在此類植物中，ABCDE模型也同樣適用，其中外稃相當于花萼，漿片相當于花瓣［51］，穎片的類似結構尚不明確。而不同水平的miR172或其靶基因AP2L（AP2-like）2會導致穎片逐漸向外稃轉變，反之亦然，Debernardi等［52］進一步證明了AP2L2及其同源基因AP2L5在腋生花分生組織和外稃的確定中起著關鍵的作用，AP2L2、AP2L5及雙突變體呈現出花和漿片器官的缺陷，包括漿片向心皮的轉化；AP2L2的miR172靶位點的突變與株高降低、小穗緊密和穎片向外稃的轉變和漿片變小有關。總之，miR172與AP2L的表達對小穗和小花的發育至關重要。

在觀賞植物中，首要的花發育異常現象是重瓣表型，它意味著花產生額外的花瓣，有時甚至可能在花中包含整朵小花。由于其昂貴的觀賞價值，自然中的重瓣變種已被廣泛發現和研究。之前，月季（Rosa chinensis）中重瓣的形成被報道與分生組織中心AG結構域的限制有關，Fran?ois等［53］進一步研究發現，在重瓣月季中，存在2個AP2-like等位基因，其中一個含有插入內含子8的轉座元件，這一插入導致了miR172抗性RcAP2L變異體的產生。對一組存在該變異的單瓣和重瓣月季的分析表明，該等位基因的存在與重瓣表型之間存在相關性。以上數據表明，這種miR172抗性的RcAP2L變異體的產生在調節月季RcAG的表達和重瓣形成中起作用；同樣，石竹（Dianthus chinensis）也因AP2的miR172切割位點發生SNP突變，通過調控DcAG基因的表達，從而產生重瓣花［54］。另外，眭夢潔等［55］通過熒光定量PCR檢測發現miR172在月季‘綠萼’的花瓣、雌、雄蕊中表達顯著下調，其預測的靶基因RcAP2在各器官中表達量顯著上調，提示miR172 可能通過負調控RcAP2的表達，在‘綠萼’花器官發育過程中起重要作用。Gattolin等［56］則分析了來自桃（Prunus persica）單瓣和重瓣系的基因組重排數據，發現在編碼euAP2轉錄因子的Prupe.6G242400基因中的miR172的結合位點上有一個缺失，認為該基因與花瓣數的控制有關，并發現它在花芽發育的關鍵時期表達。為進一步證實該結果，研究者在重瓣月季的Prupe.6G242400同源基因中發現了一個相似的突變，系統發育分析表明，這兩個基因均屬于擬南芥中未出現的EAT（TOE）型分支。總之，miR172對AP2類基因的調控在花器官的形態建成中起著至關重要的作用，并在植物物種間得以保存。

2.1.3 miR172參與調控其他花發育過程 花芽的休眠解除過程中可能也有miR172的參與。王晨等［57］利用半定量RT-PCR與實時熒光定量PCR（qRT-PCR）技術檢測‘藤稔’葡萄（Vitis vinifera）Vv-miR172c及其靶基因Vv-AP2在摘心處理后不同發育時期冬芽中的表達情況，發現miR172表達水平明顯下降，且花序中有最低表達，相應的靶基因在冬芽二次成花過程中的表達水平呈現出相反的變化趨勢；并利用RLM-5'-RACE驗證了miRNAs作用其靶基因的方式，發現miR172介導其靶基因AP2的mRNA裂解，裂解位點在miR172 5'端的第10和11位堿基之間。表明miR172c通過介導相應靶基因的裂解調控其靶基因的表達，從而影響葡萄冬芽的二次成花。馬鑫瑞等［58］比較分析了從梨（Pyrus pyrifolia）花芽內休眠進入到生態休眠解除的整個休眠轉換時期差異表達的miRNA，篩選出含cpa-miR172c-3p在內的8個miRNA，其靶基因為花同源異型蛋白AP2，在該研究中，aly-miR172c-3p和靶基因AP2的表達模式類似，兩者呈正相關調控。

眾所周知，閉鎖花在開放前釋放花粉，迫使具有這種習性的植物幾乎完全是自花的，miR172也可干預這一過程。Nair等［59］在大麥中克隆分離了Cly1，發現其編碼了一個包含2個AP2結構域的轉錄因子和一個miR172的預測靶位點，是擬南芥AP2的同源基因。研究者發現，只有在非閉鎖受精的背景下才能檢測到miR172介導的mRNA裂解，結果表明，雖然miR172單核苷酸的替換導致了分子發育的失敗，從而產生了閉鎖受精的表型，但miR172對Cly1的下調促進了小分子的發育，從而確保了非閉鎖受精，

2.2 miR172參與調控植物的果實和種子發育

過表達miR172通過抑制AP2對擬南芥果實生 長 有 積 極 的 影 響［60-62］，如Ripoll等［60］發 現FRUITFULL（FUL）MADS結構域蛋白和生長素應答因子ARFs可直接激活miR172編碼基因的表達以促進果實瓣膜的生長；而miR172對蘋果果實生長有負面影響，導致果實尺寸顯著減小，miR172過表達水平極高的轉基因蘋果植株更是只產生由心皮組織組成的花，沒有雄蕊、花瓣和萼片，且不能產生果實［63-64］。擬南芥是一種由2心皮的子房發育成的角果，而蘋果是一種多肉的梨果，其果實主要來源于花托和子房。番茄作為一種來源于子房的肉質漿果，miR172的高水平過表達導致了只有心皮的花，并發展成為孤雌果［65］。小桐子的蒴果在轉入JcmiR172a后則出現果實變長，種子發育不正常，表現為部分種子敗育，成熟種子變大，但種子重量和含油率均降低。進一步研究表明，miR172對不同植物種類果實生長發育的影響取決于其果實類型。

此外，Karlova等［66］證實，番茄miR172的靶基因AP2a轉錄因子可通過調控乙烯生物合成和信號轉導來調控果實成熟。雖然此類研究目前鮮見報道，但鑒于AP2類基因中有乙烯應答轉錄因子的存在，這一方面仍值得繼續深究。

3 miR172在植物發育階段過渡中的功能

高等植物的一生要經歷幼年、成年2個重要的生長階段，其中成年又包括營養生長階段和生殖生長階段，每個生長階段都呈現出各自的特征。從營養生長到生殖生長階段的過渡則多以花器官的發育和生殖能力來鑒別［67］，在上文中已有提及，而從幼體到成體的轉變以葉片形態的變化為標志，這主要是由于莖尖分生組織的時間發展引起的，這種現象被稱為異胚性（heteroblasty）［68］。

此前已有多個研究表明，在擬南芥、芥菜、水稻等植物材料中，miR172的表達均隨生長天數的增加而增加［6，12，19，22］，證實其受到時間的調控，在植物發育階段過渡中起到一定的作用。Wu等［8］提出，擬南芥從幼年到成年的轉變是由順序操作的miRNA所介導的：miR156的表達在植物的幼年期至關重要，能夠通過抑制SPL轉錄因子，協調控制這一過程不同方面的多個途徑的表達來調節幼年向成年的轉變時間，同時，SPL9和SPL10可促進miR172的轉錄。因此，miR172作用于miR156下游，并與miR156一起介導該過程。

除草本植物外，半木本多年生攀緣藤本植物在從幼體到成體的整個轉化過程中葉片形態也發生了顯著的變化，Silva等［69］在對雞蛋果（Passiflora edulis）葉片異胚性相關代謝產物的分析發現，miR156的積累與幼葉性狀相關，miR172的轉錄產物積累與成體葉片的性狀相關，表明這兩個miRNA共同起調節作用，導致幼體到成體階段的葉片形態轉變。

4 miR172在植物其他器官和組織發育中的功能

除在營養器官和生殖器官的發育中，還有部分報道說明了miR172也參與了愈傷組織誘導、木質部發育和木本植物嫁接等過程。Zhang等［70］比較了日本落葉松（Larix leptolepis）胚胎性愈傷組織和非胚胎性愈傷組織在傳代培養后第3天和第14天的miRNA表達譜，發現胚性愈傷組織中的miR159、miR169和miR172表 達 下 調，這3個miRNA家族均調控一組細胞分化發育重要的靶轉錄因子，包括MYB（miR159）、NF-YA（miR169）和APETALA2（miR172），且這3個家族也受到ABA的調控。進一步揭示了日本落葉松胚性愈傷組織誘導的潛在機制。

木質部是維管植物的運輸組織，負責將根吸收的水分及離子往上運輸，對其它營養器官乃至生殖的生長和發育起到了重要的作用。Tang等［25］研究表明，miR172還可影響木本植物木質部的發育：超量表達JcmiR172a的小桐子木質部明顯加厚，但是細胞體積變小，細胞密度增大，而韌皮部和髓部發育與之相反，表明JcmiR172通過增加木質部的細胞數量增大木質部的厚度。同時發現轉基因小桐子的木質素和纖維素生物合成相關基因JcCAD6、

JcCCoAOMT、JcCesA1、JcCesA3、JcCesA4、JcCesA7

和JcCesA8的表達量明顯上升。該報道為木本植物運輸組織發育調控的研究提供了新的思路。

Ahsan等［71］利用與幼年期和開花相關的miRNA——miR156和miR172及其可能的靶基因用于篩選不同組合的鱷梨（Persea americana）嫁接前和嫁接后的植物材料，結果表明，成熟的miR156、miR172及靶基因SPL4、AP2.7B的豐度與接穗和砧木的成熟程度有關，其中接穗為主要影響因素；另外，砧木上的葉片不僅能促進嫁接成功，而且能影響接穗中miRNA和mRNA的豐度。

5 miR172參與植物發育的分子調控網絡

miR172及其靶基因并不是一個獨立參與植物發育的調控體系，它自身也受眾多因素的影響和調控。多細胞生物的生長發育受到年齡的調控，在植物體內，恰巧存在另一種保守的microRNA——miR156，與miR172相互作用，共同作為連接植物年齡與生長發育的中介分子，調控植物叢幼體向成體的轉變。在擬南芥、巨桉（Eucalyptus grandis）、月季、丹參、木薯（Manihot esculenta）、小桐子、大麥等單、雙子葉植物的中相繼發現，在幼嫩組織和成熟組織，或在葉片、花蕾等器官中，miR156與miR172均呈現相反的表達模式［8，13，54，72-76］。研究者在模式植物擬南芥中對二者的作用關系作了進一步的探究，Wu等［8］首先提出，miR156/157是通過調控其靶基因SPL9和SPL10以促進miR172的轉錄，即miR172作用于miR156下游；Jung等［77］對其結論進行了補充，發現miR156與miR172在AtSPL3/4/5基因上也存在信號交互。另外，miR156的靶基因SPL3還可直接激活TOE3的表達［32］，為miR156和miR172在花發育調控中建立了一種新的信號相互作用。

部分非miRNA的因素也可介導miR172的調控過程，如在擬南芥中，TuMV病毒編碼的RNA沉默抑制因子P1/HC-Pro，可能通過干擾Risc復合物的活性干擾miR172及其他miRNA的定向功能，從而導致其靶基因mRNA的異位表達［78］。Brown等［48］在大麥的miR172中插入了一個Ds元件，DsmiR172突變體表現的異常與未能正確受到調控的AP2同源基因表型一致，表明該元件有效的抑制了miR172的調控功能。近期，又有研究者用染色質免疫沉淀法檢測了TEMPRANILLOS（TEMs）與miR156、SPL和miR172基因的結合，發現TEM1可抑 制MIR172A、MIR172B和MIR172C的表 達，并在體內至少與MIR172C的序列結合，以影響其對發育時間的調控［79］。另外，不同的因子可通過調控miR172介導不同的成花誘導途徑：在光周期途徑中，光敏色素和GI負調控miR172以影響成花的現象在上文中已有提及；而當植物遭受低溫脅迫時，便可激活溫敏途徑中的SHORT VEGETATIVE PHASE（SVP）蛋白，該蛋白可直接與擬南芥的pri-miR172a啟動子結合，負調控miR172的轉錄，從而影響花發育進程［80］。

此外，miR172與其靶基因之間具有明顯的邏輯效應，miR172對靶基因的抑制并不是單方面的，靶基因同樣也可以負調控miR172，形成一個負反饋回路，如在擬南芥中，AP2可直接抑制miR172b，并能夠通過增加miR156的表達加強這種對miR172b的直接作用；同時，這些靶基因之間也存在相互作用，譬如AP2可在轉錄水平上直接抑制TOE3的活性［61］。這些多向的負調控機制的發現使得miR172的分子調控系統更加完備。以上研究初步揭示了miR172與其他基因在植物發育中一些新的信號相互作用，但還具有一定的局限性，miR172在植物發育過程中還參與了那些生物學途徑，它在分子調控網絡中扮演怎樣的角色，仍需相關研究者做出更合理的解釋。

6 總結與展望

近年來，關于miR172在植物生長發育乃至逆境脅迫響應中的關鍵作用的報道屢見不鮮，在擬南芥、水稻、大豆中調控的分子機制也逐步得到解析，miR172如何與其靶基因互作，以及如何受到上游miRNA和其他基因的調節已漸為人知。盡管如此，目前圍繞miR172的部分分子調控途徑尚未打通，且上述功能雖在觀賞植物、經濟植物和其他農作物中已有研究，但仍停留在初步的生物信息學和表達模式上，尚未進行進一步的功能驗證以及與上下游作用因子的連接。

隨著分子生物學技術、實驗設備和理論方法的不斷創新，構建miRNA及其靶基因的作用機制模型及調控網絡勢在必行，該過程將對透徹研究植物體內調節機制、探索植物自身規律及挖掘植物經濟、文化和生態價值具有重要意義。miR172對植物各器官發育的調控為此提供了一定的思路，鑒于其高度的保守性，這些研究結果不僅有助于人們了解miRNA的功能，以為當前的研究找到新的突破點，也將為未來分子設計改良經濟類和觀賞類植物提供了更多理論依據和實踐經驗。