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microRNA是一类由非编码RNA前体加工而成的20-24个核苷酸的smallRNAs。microRNA主要通过剪切mRNA(和)或抑制靶翻译的方式参与负调控其靶基因表达。近来的研究发现,植物microRNA参与了植物生长发育,生理,逆境响应等过程。然而,microRNA参与植物的元素代谢过程已经成为当前研究的热点。
硫元素是植物生长和发育必需的大量元素之一。植物主要通过根吸收硫酸根,由硫转运蛋白运输到不同的组织进而同化成植物所需的含硫代谢产物。在缺硫的情况下,miR395受到强烈的诱导。miR395的靶基因(APS1,3,4和SULTR2；1/AST68)分属于两个参与硫代谢的基因家族--ATP硫化酶和硫转运蛋白。在miR395高表达转基因拟南芥里,miR395靶基因的表达明显受到抑制。miR395高表达植物的地上部分(shoot)积累了过量的硫酸根,而地下部分(root)保持了正常水平。APS1突变体积累了两倍于野生型的硫酸根。通过构建APS4RNAi转基因植物,我们发现APS4的沉默也导致了硫酸根的积累。尽管叶子积累了过量的硫酸根,miR395高表达植物却表现出缺硫症状--植株矮小,叶黄化,侧根增加等。在正常的生长条件下,4个硫饥饿响应基因(SULTR1;1,SULTR1;2,SULTR4；1,和SULTR4；2)在miR395高表达植物里的表达明显增强,而这4个基因编码蛋白分别负责硫酸根从根部的吸收和从叶泡内的外排,这表明过量的miR395表达增强了硫酸根的吸收和减少了硫酸根在叶泡内的存储。另外,在高表达植物里硫酸根从老叶向新叶的转运遭到破坏。我们通过分析其靶基因SULTR2；1的突变体,发现在sultr2；1突变体里,硫酸根从老叶向新叶的转运也遭到破坏。aps1-1sultr2；1APS4RNAi三抑制体的表型完全模拟了miR395过表达植物。我们的研究表明miR395通过分别抑制APSs和SULTR2；1参与了硫酸根的积累和分配。
通过在单子叶植物和双子叶植物种比较miR395靶基因的同源基因,我们发现在不同植物物种里都存在可以被miR395识别的APS基因和SULTR2；1基因的同源物,这表明miR395参与硫代谢的方式可能广泛存在于高等植物。