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microRNA(miRNA)是一类存在于真核生物的重要RNA负调控子,通过介导靶标mRNA的切割、抑制mRNA翻译或控制DNA甲基化水平来调控基因的表达。研究表明miRNA在调控真核生物生长发育、激素信号转导、免疫反应以及应对多种非生物胁迫等多方面起关键作用。目前,虽然已克隆和鉴定了大量的植物miRNA,但其中只有少数其生物学功能被研究。miR441和miR446是两个水稻特异的、起源于miniature inverted-repeat transposable element(MITE)Stowaway1的24-nt miRNA,它们的生物合成途径和功能尚不清楚。我们研究发现,miR441和miR446成熟需要AtDCL3同源蛋白OsDCL3a的加工,但不需要OsRDR2的作用。我们还发现,ABA和非生物胁迫(冷害、干旱和高盐胁迫)减少了miR441和miR446的积累,但增加了它们前体的表达,提示一种未知的机制调控了miR441和miR446的加工过程。进一步的研究表明增加它们前体的丰度就能抑制miR441和miR446的积累,推测它们高积累的pre-miRNA因自我配对而抑制其进一步的加工。miR441和miR446被预测调控一个功能未知的F-box蛋白基因,我们命名该基因为MAIF1(miRNA-regulatedand abiotic stress-induced F-box protein)。生物学功能分析显示,miR441或miR446减量表达或MAIF1过表达的水稻植株减少了ABA对种子萌发和幼苗生长的抑制,同时也减少了水稻对非生物胁迫的抗性,表明miR441和miR446是水稻ABA信号传导途径和非生物胁迫反应的正调控子。综上所述,我们认为ABA和非生物胁迫反应下调miR441和miR446可能导致MAIF1表达的增加,从而影响MAIF1底物蛋白的积累,最终调控了水稻ABA信号途径和非生物胁迫反应。
对MAIF1的研究还发现MAIF1在萌发的种子中表达,MAIF1蛋白主要定位在细胞质膜和核。与miR441和miR446的积累相反,ABA和非生物胁迫(冷害、干旱和高盐胁迫)上调了MAIF1 mRNA的表达,且主要发生在转录后水平。研究还发现,虽然植物激素auxin、cytokinin或蔗糖不影响miR441或miR446的积累,但诱导MAIF1在根尖分生区表达,这种诱导发现在转录水平。蔗糖的水解产物葡萄糖或果糖,其它二糖(麦芽糖)以及渗透胁迫都不诱导MAIF1表达,因此蔗糖很可能作为信号分子诱导MAIF1表达。进一步研究MAIF1在种子和根尖表达的生物功能显示,MAIF1促进水稻种子的萌发和根的生长。因此我们认为蔗糖和植物激素auxin、cytokinin和ABA可能通过调控MAIF1控制水稻种子的萌发和根的生长。我们的结果还提示MAIF1可能通过调控水稻根的形态应对非生物胁迫。