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摘要：植物miR159靶向MYB基因家族在植物的生長發育、新陳代謝、逆境響應及病原防御等多種生理過程中發揮關鍵作用。植物miR159可以跨界調控哺乳動物的生理功能，如抑制腫瘤生長、改善能量代謝、抗氧化應激、調節機體免疫功能等。闡述了miR159通過調控MYB基因家族參與多種植物營養生長、逆境脅迫、開花和果實發育過程，以及外源性植物miR159跨界調控哺乳動物生理功能和對乳腺癌的調控作用，以期為后續深入研究植物miR159的調控網絡以及跨物種調控機制提供參考。
關鍵詞：miR159；MYB家族；跨界調控；生理功能
微小RNA（microRNA，miRNA）是一類內源性單鏈短序列（21～24nt）小分子非編碼RNA［1］。從2002年在擬南芥中分離出第一批植物miRNA以及首個植物miRNA———miR171被鑒定之后，對植物miRNA的研究開始迅速增加［2］。有關miRNA的研究從線蟲、果蠅延伸到人類、植物以及生物與非生物脅迫等與生命活動密切相關的各個方面［3］。關于植物miRNA在葉、莖、根生長發育［4-6］、信號轉導［7］、發育時間［8］以及對不同環境壓力應答［9］等方面的調控作用已有較多研究。miRNA在調控哺乳動物發育和代謝方面，如細胞增殖、分化、凋亡等也起到了重要的作用［10］。miRNA在動植物中發揮作用的方式主要是通過抑制基因翻譯或降解靶向mRNA，在轉錄水平上負向調節基因表達［11］。miR159是一類比較古老的miRNA，是已經被證實的8個高度保守的miRNA之一［12-13］，普遍以21個核苷酸（nt）大小存在于陸生植物中［14］。miR159家族包括miR159a、miR159b、miR159c、miR159d及miR159e，其中miR159a和miR159b為該家族的2個主要成員，占miR159表達量的90%以上，而miR159c僅有微量表達［15］。有學者研究miRBase數據庫已收錄物種的miR159家族成員發現，有36個物種（均為植物）存在miR159家族成員，提示miR159是植物特有的家族，并對植物生長發育、生物和非生物脅迫起著重要作用［16-17］。MYB（v-mybavianmyeloblastosisviralonco-genehomolog）類轉錄因子家族是指含有MYB結構域（包含一系列高度保守氨基酸殘基和間隔序列，由51～52個氨基酸組成的肽段）的一類轉錄因子，是真核生物中分布最廣泛的轉錄因子家族之一［18-19］。MYB轉錄因子家族根據N端子結構的數量不同分為4類：1R-MYB、R2R3-MYB、R1R2R3-MYB和4R-MYB，其中R2R3-MYB在植物中分布最廣泛，該類轉錄因子在植物生長發育過程及抗逆反應中發揮重要作用［18，20］。
1miR159-MYB調控植物生理過程
miR159廣泛存在于大多數陸生植物中，植物miR159家族對應的靶基因主要為MYB-like和MYB［21］，MYB33和MYB65基因作為miR159的主要靶點可以被miR159強沉默，而這種強沉默可能與二者都被預測在miR159結合位點附近包含的一個獨特的RNA二級結構有關［37］。在一些高等植物中，如擬南芥（Arabidopsisthaliana，ath）［38］、大豆（Glycinemax，gma）［39］、蝴蝶蘭（Phalaenopsisaphrodite，pap）［40］、番茄（Solanumlycopersicum，sly）［41］、木棉（Gossypiumbarbadense，gb）［42］和桃子（Prunuspersica，ppe）［43］，以及一些單子葉植物中，如小麥（Triticumaestivum，tae）［44］、水稻（Oryzasativa，osa）［45］和大麥（Hordeumvulgare，hvu）［46］都驗證了MYB同源物是miR159的靶點。
1.1miR159-MYB調控植物營養生長
在植物營養生長中發揮重要作用的MYB類轉錄因子家族成員主要包括MYB33、MYB65、GAMYB等，其中MYB33和MYB65對植物的生長發育有嚴重的不利影響，包括生長發育遲緩和葉片卷曲。ath-miR159在擬南芥中的主要作用是廣泛抑制MYB33和MYB65的表達，從而調控植物的正常生長發育［47］。在擬南芥根中，MYB65可促進細胞增殖［22］。田菁莖瘤固氮根瘤菌侵染小麥后，tae-miR159的濃度首先維持在正常水平，作用24h后達到峰值，之后濃度降低，最后維持在較低的水平，表明miR159可能參與調控小麥與田菁莖瘤固氮根瘤菌的相互作用過程，促進小麥的營養生長進程［48］。研究發現，miR159對日本落葉松MYB33的轉錄后調控參與了胚胎發生或非胚胎發生潛能的維持和體細胞胚胎的成熟，這為體細胞胚胎發生的調控機制提供了新思路［25］。GAMYB是受GA誘導的MYB類轉錄因子。GAMYB是GA信號轉導途徑中的一個重要促進因子，在植物的生長發育中發揮重要作用。miR159的主要功能是介導GAMYB的強沉默，以實現植物正常生長［47］。有研究認為，fa-miR159a和fa-miR159b在草莓發育過程中與fa-GAMYB相互作用，以協同方式部分響應GA內源性水平的變化［26］。
1.2miR159-MYB正向調控植物逆境脅迫響應
在植物逆境脅迫響應中發揮重要作用的MYB類轉錄因子家族成員主要包括MYB33、GAMYB等。Xia等［49］研究發現，在菊花中miR159a、miR-160a和miR-393a的差異表達與菊花對蚜蟲侵擾的響應有關。miR159在水稻中還參與鹽脅迫反應。彭延等［50］研究發現，在鹽脅迫處理下隨著脅迫時間的延長，水稻根部的osa-miR159濃度呈先下降后上升的趨勢。李波娣［16］研究表明，大豆gma-miR159基因家族可能在響應磷信號、ABA脅迫和NaCl脅迫方面起作用，miR159e在調節大豆的磷吸收和再利用方面起作用。有學者提出在小麥中TamiR159與TaGAMYB1的相互作用可能通過GAMYB淀粉酶途徑參與熱應激反應以降解淀粉［28］。Xu等［51］證明大豆MYB33基因是gma-miR159e的靶基因。蔣有琦［27］以ath-miR159缺失突變體以及miR159過表達植物為材料，通過ABA敏感性試驗和干旱脅迫試驗，對miR159調控植物抗旱的分子機制進行研究，結果表明miR159通過靶基因MYB33調控ABI5的表達參與ABA信號通路，從而響應干旱脅迫。
1.3miR159-MYB調控植物開花
植物開花誘導受內源因素和外源因素共同影響，主要涉及光周期途徑、春化作用、自主途徑和GA途徑［23］。在擬南芥中轉錄因子MYB33可以激活LFY表達促進開花［52］。改變大巖桐miR159的表達水平可以調控其靶基因GAMYB的表達從而改變開花時間，葡萄miR159靶基因VvGAMYB可以通過GA途徑參與開花過程［29-30］，在番茄中SlMYB33-RNAi導致開花延遲［31］。
1.4miR159-MYB調控植物花藥發育
花藥是雄蕊的重要組成部分，位于花絲頂端，膨大呈囊狀?；ㄋ幖盎ǚ勰芊裾０l育關系到植物是否可育，因此，花藥和花粉對植物生命過程有著至關重要的作用［23］。ath-miR159家族已被大多數學者作為研究植物miRNA介導基因調控機理的模型［3］。有研究在擬南芥中驗證了8個MYB基因受到miR159的調控，其中7個屬于GAMYB家族［24］。在擬南芥中，2個主要的miR159家族成員miR159a和miR159b對2個GAMYB-like基因MYB33和MYB65具有功能特異性［12］。miR159參與調節擬南芥雄性生殖器官的發育，過表達miR159a引起擬南芥植株的雄蕊發育不全、育性降低［24］。ath-miR159水平取決于GA的濃度，miR159通過影響MYB33的活性調節GA介導的花發育過程［53］。張博等［33］在研究山核桃miR159家族功能時發現，山核桃miR159含有cca-miR159a/b2個成熟體，cca-miR159a的靶基因主要為MYB家族基因，其中MYB33、MYB65促進花藥與花粉發育。在水稻花藥中，miR159-GAMYB影響烏氏體和外孢壁的發育。研究表明，水稻GAMYB突變體使花器官發育異常，尤其是花藥，表現為絨氈層不能正常程序性死亡、烏氏體和外孢壁有缺陷，從而導致雄蕊不育［34］。水稻osa-miR159在花中調控GAMYB和GAMYB-like基因的表達，而在糊粉細胞中沒有調控作用，說明糊粉細胞和花器官對GAMYB表達和GAMYB功能的調控存在差異［35］。毛竹包含2個受miR159靶切的GAMYB基因（PheMYB2R-42和PheMYB2R-98），在雄蕊中差異表達顯著，可能參與毛竹花藥發育過程［36］。
1.5miR159-MYB調控種子萌發和果實發育
參與花藥發育的調控因子MYB33和MYB65所在的MYB家族也同時參與調控種子萌發。Alonso-Peral等［54］對二者在擬南芥種子萌發中的作用進行了研究，結果表明，轉錄因子MYB33和MYB65參與了GA誘導的糊粉蛋白發育和死亡所需的途徑。研究表明，ABA也可以在擬南芥種子萌發過程中誘導miR159控制MYB101和MYB33的轉錄水平［55］。張安妮等［56］發現，miR159-MYB通過調控GA和ABA參與油棕合子胚發育。在果實發育中，發揮重要作用的MYB類轉錄因子主要為GAMYB。鄧因嬌［32］發現在番茄果實果形發育中，sly-miR159a可能通過其靶基因SlGAMYB1/2參與GA合成和信號轉導途徑的調控，并對果形形成起重要的調控作用。番茄sly-50畜牧與飼料科學第43卷miR159和SlGAMYB在開花前的子房中共同表達，sly-miR159過表達導致SlGAMYB表達水平下降，致使果實早熟、單性結實［57］。在番茄中GAMYB可以促進果實增大。敲除SlMYB33的番茄比野生型的番茄果實更小［31］。
2外源性miR159的跨界調控作用
近年來，miRNA的跨界調控成為新的研究熱點。越來越多的研究表明植物miR159可以跨界調控哺乳動物的生理功能，尤其是在抑制腫瘤生長、改善能量代謝、抗氧化應激、調節機體免疫功能等方面起到正向作用。2011年，Zhang等［58］研究發現，植物來源的miRNA168可以進入小鼠體內穩定存在，并可以調節小鼠的脂質代謝。miR159在哺乳動物消化系統中穩定存在并通過胃腸道進入循環系統發揮作用，植物miR159的3′末端存在特殊的甲基化修飾（2′-O-methylation），哺乳動物miRNA缺乏該種修飾作用，這對植物miRNA的穩定性至關重要。Chin等［59］研究表明，人血清中的miR159主要存在于細胞外囊泡中，并可以抵抗高碘酸鈉的氧化作用，證明miRNA確實是植物來源的而非動物體內本身存在的，并且植物miR159經過烹飪后仍然存在，說明植物miR159被哺乳動物吸收后仍具有穩定性。近年來有研究表明，miRNA可以穩定存在于外泌體中免受體液中RNA酶的降解，并隨著外泌體循環被相應的細胞攝取，從而參與受體細胞的生理活動，調控疾病的發生［60-62］。植物miR159可在人血清和腫瘤組織以及小鼠血液、脾臟和胸腺中被檢測到，說明植物miR159可以通過哺乳動物胃腸道到達靶器官。Luo等［63］通過外翻腸囊法評估了外源性miRNA在豬小腸中的吸收情況，結果表明，食物中的植物miRNA可以越過腸道屏障進入血液。植物miRNA被哺乳動物吸收利用的機制也在逐漸被揭示。在無脊椎動物中，線蟲的跨膜系統性RNA干擾缺陷蛋白1（systemicRNAinterferencedefectiveprotein，SID-1）協助miRNA運輸到消化道外的細胞［64］。大多數脊椎動物中含有SID-1的2種同源蛋白，即SID-1跨膜家族成員SIDT1和SIDT2，二者可能參與miRNA的攝取過程［65-66］。2020年，Chen等［67］證明了哺乳動物吸收植物miRNA的主要部位是胃，提出植物miRNA在哺乳動物體內發揮生物學功能的模式可能是在胃酸刺激下，由SIDT1依賴的途徑在胃黏膜吸收食源性miRNA，然后以外泌體形式釋放到循環系統，最終到達身體的各個器官組織發揮生理調控功能。miR159在動物胃腸道的吸收是否依賴SIDT1還有待研究。
2.1外源性miR159對乳腺癌的調控作用
miR159是首個被證明能夠抑制哺乳動物腫瘤生長的植物miRNA［68］。研究發現，植物來源的miR159存在于西方人的血清和腫瘤組織中，并與乳腺癌的發病率和進程相關，ath-miR159a、gma-miR159a-3p和gma-miR159e-3p共享相同序列（UUUGGAUUGAAGGGAGCUCUA）的數量最高，是其他植物miRNA的6倍以上；在乳腺癌細胞中一種合成的miR159模擬物能夠通過靶向編碼Wnt信號通路的轉錄因子TCF7抑制乳腺癌細胞增殖，從而降低MYC蛋白的水平，抑制乳腺癌細胞的生長，建立了miR159-TCF7-MYC-CellPro-liferation調控模型；而且口服miR159模擬物可顯著抑制小鼠異種移植性乳腺腫瘤的生長［59］。這些結果證明了植物miRNA具有抑制哺乳動物的癌癥組織生長的作用。
2.2外源性miR159對其他生理功能的調控作用
目前.對植物miR159跨界調控的研究主要集中在外源性miR159對腫瘤的調控作用，對其他生理作用的調控研究還不成熟，但已有學者圍繞miR159對其他生理作用的調控進行了初步研究。有研究表明，大豆gma-miR159a可以通過抑制TCF7/MYC減輕小鼠結腸腫瘤的發生［69］。Yu等［70］研究表明，大豆gma-miR159a通過抑制GSK-3β介導的NF-κB和TGF-β1通路，對TGF-β1和PDGF誘導的HSC活化和增殖具有強抑制作用，表明miR159a具有預防肝纖維化的潛力。彭朦媛［71］在大鼠血液、脾臟和胸腺檢測到包括miR159在內的3種miRNA，表明部分人參miRNA可以通過口服進入大鼠組織器官，進而在后續試驗中采用限食+負重力竭游泳的方法（大鼠的游泳時間可以反映機體抗疲勞以及抗應激能力）構建氣虛動物模型，通過不同試驗組對比得出，人參水煎劑及其部分miRNA可以通過改善能量代謝、抗氧化應激、調節機體免疫功能以緩解機體疲勞，提示人參miRNA可能作為一種藥效物質參與人參的補氣抗疲勞作用，發揮跨界調控作用。
3小結與展望
植物miR159不僅在植物中發揮重要作用，而且可以通過采食進入動物體內實現跨物種調控。miR159家族通過靶向MYB-like和MYB基因參與調控植物營養生長、抗脅迫響應、開花、種子萌發及果實發育等過程。另外，miR159經哺乳動物胃腸道消化后可到達不同組織發揮調控作用，如在哺乳動物體內通過抑制TCF7/MYC起到抑制腫瘤生長的作用，并且在改善能量代謝、抗氧化應激、調節機體免疫功能等方面發揮著重要作用。目前，對miR159的研究主要聚焦在對植物生長發育的調控作用以及在哺乳動物癌癥及腫瘤中跨界調控的生物學功能，關于miR159是否可以跨界調控哺乳動物的其他生理功能，如抗病毒、免疫調節、微生物菌群調節、養分代謝調節以及心血管保護等研究較少。miR159對植物生長發育等生理過程起到正向調控作用，但miR159在動植物生理功能中是否存在負調控作用還不明確。miR159與其他非編碼RNA的相互作用機制尚未闡明，因此，深入研究植物miR159的調控網絡，可以為其在植物生長發育調控，提高植物生物產量、抗逆性或育種等方面的應用提供參考，而且可以為植物miR159在哺乳動物疾病診療方面的應用提供新思路。
作者:段紅娟 孟桂智 劉寶寶 賈晶瑩 馬燕芬 馬云 蔡小艷 單位:寧夏大學農學院 寧夏反芻動物分子細胞育種重點實驗室