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探秘植物内源小RNA：随机过表达体系的构建与应用

一、引言

1.1研究背景

植物内源小RNA（smallRNAs，sRNAs）是一类长度通常在20-24核苷酸之间的非编码RNA分子，在植物的生命活动中扮演着不可或缺的角色。它们广泛参与植物生长发育的各个过程，从种子的萌发到植株的衰老，小RNA都发挥着精细的调控作用。在种子萌发阶段，特定的小RNA能够通过对相关基因的表达调控，影响种子对环境信号的响应，从而决定种子是否能够顺利打破休眠，开始萌发过程。在根系和叶片发育过程中，小RNA参与细胞的分化和形态建成，对根系的构型以及叶片的大小、形状和纹理等特征的形成具有重要影响。例如，某些小RNA可以通过调控生长素信号转导途径相关基因的表达，影响根系的向地性生长和侧根的发生。

小RNA在花器官的形态建成和生殖过程中也起着关键作用。它们参与调控花器官的分化和发育，决定花的性别、花瓣的数目和形状等特征。在植物的生殖过程中，小RNA对配子体的发育、受精过程以及胚胎的发育都有着重要的调控作用。此外，小RNA还在激素信号传导、细胞代谢、诱导器官分化和性别决定等生理过程中发挥着重要作用。在激素信号传导途径中，小RNA可以通过对激素合成、代谢和信号转导相关基因的调控，影响植物对激素的响应，进而调节植物的生长发育和对环境的适应。

除了在植物生长发育过程中发挥重要作用外，小RNA在植物应对生物和非生物胁迫方面也具有重要意义。在植物抗病过程中，小RNA作为植物免疫系统的重要组成部分，能够识别并抵御病原体的入侵。一些小RNA可以通过靶向病原体的基因，抑制病原体的生长和繁殖；同时，小RNA还可以调节植物自身的防御基因表达，增强植物的抗病能力。在面对干旱、盐碱和低温等非生物胁迫时，植物会通过调节内源小RNA的表达来启动一系列的生理和生化反应，以适应不利的环境条件。例如，某些小RNA可以通过调控植物的渗透调节物质合成、抗氧化酶活性以及离子平衡等生理过程，增强植物对干旱和盐碱胁迫的耐受性。

随着研究的不断深入，人们对植物内源小RNA的种类、功能和作用机制有了更深入的认识。目前已知植物中主要存在三类小RNA：微小RNA（microRNAs，miRNAs）、异染色质小干扰RNA（heterochromaticsiRNAs，hc-siRNAs）和次级小干扰RNA（secondarysmallinterferingRNAs，secondarysiRNA）。miRNAs是一类高度保守的小RNA，它们通过与靶mRNA的互补配对，介导靶mRNA的切割或翻译抑制，从而实现对基因表达的调控。hc-siRNAs主要来源于异染色质基因组区域的转座子，在RNA定向DNA甲基化过程中发挥重要作用，其长度通常为24nt，是植物中含量最多的siRNA，占拟南芥siRNA种群的90%以上。secondarysiRNA则是由miRNA介导的mRNA裂解片段进一步加工而成，其中反式作用的siRNA（tasiRNA）是一类特殊的21ntphasiRNA，它以非依赖TAS转录物的方式依赖DCL4的方式产生，对植物的生长发育过程具有重要的表达调控功能。

尽管目前对植物内源小RNA的研究取得了一定的进展，但仍存在许多问题有待解决。植物基因组中存在着大量的未知功能的小RNA，对它们的功能和作用机制的研究还处于起步阶段。现有的研究方法大多只能对单个小RNA进行功能研究，难以实现对小RNA群体的系统分析和功能挖掘。由于植物内源小RNA种类繁多，功能复杂，利用传统的研究方法对小RNA功能进行逐一研究需要耗费大量的时间和成本，不利于小RNA生物学功能的系统研究和广泛应用。因此，建立一种高效、高通量的研究方法，对深入了解植物内源小RNA的功能和作用机制具有重要意义。构建植物内源小RNA随机过表达体系，能够实现对大量小RNA的功能筛选和鉴定，为系统研究小RNA在植物生长发育和胁迫响应中的作用提供了有力的工具，具有重要的研究价值和应用前景。

1.2研究目的与意义

本研究旨在构建一种高效的植物内源小RNA随机过表达体系，为全面、系统地研究小RNA的功能提供有力工具。通过该体系，能够实现对大量小RNA的随机过表达，从而快速筛选出具有重要生物学功能的小RNA，并深入研究其在植物生长发育、胁迫响应等过程中的作用机制。这不仅有助于填补我们对植物内源小RNA功能认知的空白，还能为植物基因工程和分子育种提供新的基因资源和理论基础。

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