植物miRNAs与细胞分裂素协同调控芽再生的分子机制探秘.docxVIP

植物miRNAs与细胞分裂素协同调控芽再生的分子机制探秘

一、引言

1.1研究背景与意义

植物芽再生是植物在遭受损伤或特定条件下，通过细胞命运的转变和重新分化，形成新的芽结构的过程，这一过程在植物的生长发育、繁殖以及对环境的适应中发挥着至关重要的作用。在农业领域，植物芽再生技术被广泛应用于作物繁殖、品种改良和基因编辑等方面。通过组织培养技术，利用植物细胞的全能性，能够快速、大量地繁殖优良品种，提高作物的繁殖效率和质量。在植物基因编辑中，芽再生是实现转基因植株获得的关键步骤，对于培育具有优良性状的新品种具有重要意义。在植物科学研究中，芽再生是研究细胞命运转变、器官发生和植物发育调控机制的重要模型系统，有助于深入理解植物生长发育的基本规律。

微小核糖核酸（miRNAs）是一类内源性的非编码小分子RNA，长度通常在21-24个核苷酸左右。它们在植物体内通过与靶mRNA的互补配对，介导靶mRNA的切割或翻译抑制，从而在转录后水平上调控基因的表达。miRNAs参与了植物生长发育的各个过程，包括种子萌发、叶片发育、花器官形成、果实成熟等。细胞分裂素作为一类重要的植物激素，其主要生理功能包括促进细胞分裂与扩大，在植物的生长发育过程中，细胞分裂素能够刺激细胞的增殖，增加细胞数量，同时也能促进细胞的横向扩大，使植物组织和器官得以生长和发育。细胞分裂素还能诱导芽的形成并促进其生长，在植物组织培养中，添加适量的细胞分裂素可以诱导外植体产生不定芽，促进芽的分化和生长，在植物的顶端优势调控中，细胞分裂素能够解除顶端对侧芽的抑制，促进侧芽的发育，使植物形成更多的分枝。

近年来，越来越多的研究表明，miRNAs和细胞分裂素在植物芽再生过程中发挥着关键的调控作用。miRNAs可以通过调控细胞分裂素信号通路中的关键基因，影响细胞分裂素的合成、代谢和信号转导，从而间接调控芽再生。细胞分裂素也可以通过调节miRNAs的表达，影响miRNAs对靶基因的调控，进而影响芽再生过程。深入研究植物miRNAs与细胞分裂素调控芽再生的分子机制，不仅有助于揭示植物生长发育的奥秘，为植物生物技术的发展提供理论基础，还能为农业生产提供新的技术手段和策略，具有重要的科学意义和应用价值。

1.2国内外研究现状

在植物miRNAs的研究方面，国外起步较早。早在1993年，科学家在线虫中首次发现了miRNA，随后在植物中也陆续鉴定出大量的miRNAs。2002年，美国冷泉港实验室的研究团队通过大规模测序，在拟南芥中鉴定出了多个新的miRNAs，并揭示了它们在植物生长发育中的潜在作用。此后，关于植物miRNAs的研究迅速展开，涉及miRNAs的生物合成、作用机制以及在各种生理过程中的功能等多个方面。国内的植物miRNAs研究也取得了显著进展。中国科学院遗传与发育生物学研究所的科研团队在植物miRNAs调控植物生长发育和逆境响应方面开展了深入研究，揭示了多个miRNAs及其靶基因在调控植物开花时间、叶片发育和抗逆性等过程中的分子机制。

关于细胞分裂素在植物芽再生中的调控作用，国外研究人员在20世纪60年代就发现细胞分裂素能够促进植物细胞分裂和芽的形成。此后，对细胞分裂素信号通路的研究逐渐深入，鉴定出了一系列参与细胞分裂素信号转导的关键基因和蛋白。如美国的研究团队发现了细胞分裂素受体CRE1/AHK4，并揭示了其在细胞分裂素信号感知和传递中的重要作用。国内在细胞分裂素研究方面也有重要成果，研究人员通过对水稻、小麦等作物的研究，发现细胞分裂素在调控作物分蘖、穗发育和芽再生等方面发挥着关键作用，并且深入解析了细胞分裂素信号通路在这些过程中的调控机制。

近年来，关于植物miRNAs与细胞分裂素在芽再生调控中的相互作用研究逐渐受到关注。国外有研究表明，miR164通过调控细胞分裂素响应因子ARR10和ARR16，影响细胞分裂素信号转导，进而调控拟南芥的芽再生过程。国内的研究团队发现，在水稻中miR156通过调控SPL转录因子，影响细胞分裂素的合成和信号转导，从而参与水稻愈伤组织的芽再生调控。

然而，当前研究仍存在一些不足和空白。一方面，虽然已经鉴定出一些参与芽再生调控的miRNAs和细胞分裂素信号通路相关基因，但对于它们之间复杂的调控网络和分子机制仍不完全清楚。例如，miRNAs与细胞分裂素信号通路中的多个基因之间的相互作用关系，以及这些相互作用如何协同调控芽再生的具体过程，还需要进一步深入研究。另一方面，不同植物物种在芽再生过程中，miRNAs与细胞分裂素的调控机制可能存在差异，目前的研究大多集中在拟南芥、水稻等模式植物上，对于其他重要经济作物和珍稀植物的相关研究较少，限制了研究成果的