王佳伟研究组揭示拟南芥MIR172基因家族成员功能冗余性和特异性

2021年2月3日，国际学术期刊pLoS Biol在线发表了植物分子遗传国家重点实验室王佳伟研究组的题为“Redundant and Specific Roles of individual MIR172 Genes in plant Development”的研究论文。

进化上保守的MIRNA基因家族通常在基因组中具有多个拷贝，这些基因的功能冗余性和特异性至今仍不清楚。由于MIRNA基因座位DNA序列短，且不编码，因此通过EMS诱变和T-DNA随机插入很难获得功能完全缺失的突变体。前期的研究表明，拟南芥中miR156-SpL-miR172信号级联通路是控制植物幼年期向成年期以及生殖生长期转变的决定因子。本研究利用CRISpR-Cas9技术对拟南芥基因组中5个MIR172基因进行了突变，并通过杂交获得了各种组合的多突变体。有趣的是，尽管MIR172基因家族在维管植物中就已出现，但是完全缺失miR172并不会导致拟南芥出现致死表型。通过对多突变体表型以及MIR172基因启动子活性的考察，发现5个MIR172基因具有不同的表达模式，它们在调控植物分生组织大小、叶片下表皮毛起始、茎的伸长、侧枝发生以及开花时间上既具有冗余性，也存在功能特化。例如MIR172D在花序顶端分生组织中高表达，也是家族成员中唯一一个控制分生组织大小的基因。进一步研究发现，miR156-SpL-miR172信号级联通路可以拆分为叶片和顶端分生组织两个模块，在这两个组织中具有不同的SpL和MIR172基因模块组合：在叶片中SpL9-MIR172B/C模块通过调控成花素基因FT的表达调控植物开花时间，而在顶端分生组织中SpL15-MIR172D模块通过激活MADS-box类基因的表达促进植物开花。此外，MIR172基因的表达可以受到环境温度和光周期的调节，且不同的MIR172基因具有不同的响应模式。综上，这些研究结果表明，时空表达模式的多样化是植物MIRNA基因家族进化的一个普遍规律。拟南芥MIR172基因家族的扩增使得它可以整合不同的开花诱导因素，从而保证生殖发育的顺利完成。

植物分子遗传国家重点实验室博士后练恒为论文第一作者，王佳伟研究员为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金委基础科学中心项目、上海市科委、中国科学院战略先导B和前沿科学重点研究项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001044

MIR172基因不同的表达模式及其对植物年龄，环境温度，光周期的响应。

A. 不同MIR172基因表达模式图。每个MIR172基因用不同的颜色表示。两个SpL/MIR172对（SpL9-MI172B/C和SpL15-MIR172D）分别在维管和顶端促进开花潜能的获得。

B. MIR172基因在长日照（LD）和短日照（SD）条件下调控开花的模式图。在长日照条件下，FT从叶片移动至顶端（黑色箭头所示）。FT, FLOWERING LOCUS T; FUL, FRUITFULL; LD, long days; SD, short days; SOC1, SUppRESSOR OF OVEREXpRESSION OF CO 1.