https://doi.org/10.1186/s43897-024-00115-1
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近日，Molecular Horticulture在线发表了中国科学院华南植物园蒋跃明研究组有关植物miRNA功能的研究性论文，题为Transcriptional regulation of miR528-PPO module by miR156-targeted SPLs orchestrates chilling response in banana。该研究证实miR528-PPO是引发香蕉冷害褐变的关键模块，同时发现多个受miR156靶向的SPL转录因子家族成员能够正调控miR528的表达，其中SPL4还通过正调控脂质代谢和抗氧化等途径参与香蕉的冷胁迫响应。该研究揭示了一种新的冷应激途径，丰富了香蕉冷害的分子机制，同时为培育抗冷香蕉品种提供了理论基础和靶标分子。
背景介绍
防控冷害一直是水果保鲜产业的技术难题，而解析冷害发生及调控机制是采后生物学的前沿科学问题。香蕉是世界上产量和贸易量最大的水果，作为热带亚热带作物，香蕉对低温十分敏感，极易发生冷害。主要症状为果皮褐变、果肉硬化、严重时果实将无法正常后熟，导致失去商品价值，造成巨大的经济损失。
2024年,两位美国科学家因首次发现microRNA（miRNA）及其在转录后基因调控中的作用而获得诺贝尔生理学或医学奖。MicroRNAs（miRNA）是一类长度为20-24个核苷酸的非编码单链小分子RNA，调控转录后的基因沉默，在植物生长发育和逆境响应中发挥关键作用。研究组前期的研究发现，低温胁迫下miR528通过调控多酚氧化酶PPO的表达引发采后香蕉果皮的活性氧失衡和果皮褐变，推测miR528-PPO模块在香蕉冷害中发挥关键作用但尚缺乏本体功能验证，同时miR528-PPO模块的上游调控网络仍不清楚。
研究结果
本研究中，作者首先验证了miR528在香蕉冷害发生中的功能，在香蕉果皮中瞬时过表达miR528延缓了冷害发生。与空载组相比，瞬时过表达miR528的果皮样品中显著积累miR528，而其靶基因MaPPO则显著下调。同时，PPO酶活性、丙二醛（MDA）和过氧化氢（H2O2）水平也均维持在较低水平（Fig. 1）。
Fig.1 瞬时过表达miR528延缓香蕉果皮冷害发生。
为挖掘miR528的上游调控网络，作者通过启动子分析发现MIR528启动子上含有多个的SPL结合位点，即GTAC基序。随后在香蕉基因组中鉴定了MaSPL基因家族，发现大多数MaSPL受冷胁迫抑制。进一步分析证实，MaSPL4/5/25/42/44均能结合MIR528的启动子并激活其表达，且其中MaSPL4/5/42/44同时又是miR156c的靶基因。随后通过瞬时转化结合多重实验，作者进一步明确了miR156c-MaSPL4在香蕉冷胁迫响应中的功能（Fig. 2）。
Fig.2 香蕉冷胁迫响应中miR156c-MaSPL4模块的功能验证。
接着，利用DAP-seq和RNA-seq联合分析进一步鉴定并初步验证了数个与冷胁迫表型相关的MaSPL4靶基因（脂质代谢和抗氧化途径）。基于此，作者提出了一个全新的香蕉冷胁迫级联响应模型，即在冷胁迫下，香蕉果皮中miR156c显著上调，而其靶基因MaSPL4显著下调，进而抑制受其转录调控的miR528积累，造成miR528的靶基因MaPPO显著上调，引发活性氧大量累积。同时，MaSPL4还可能通过干扰果皮中长链脂肪酸与角质合成来影响其结构的稳定性，最终导致香蕉果皮冷害症状的表型（Fig. 3）。
Fig.3 参与香蕉冷胁迫响应的miR156c-SPL4-miR528-PPO级联工作模型。
中国科学院华南植物园博士后孔祥锦为本论文第一作者，屈红霞研究员和朱虹副研究员为共同通讯作者。中国科学院华南植物园蒋跃明研究员、段学武研究员、云泽副研究员、单幼霞博士和硕士生彭宽参与了本研究。同时，英国东安格利亚大学Tamas Dalmay教授参与了合作研究。本研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金和中国科学院国际访问学者等项目的资助。
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