《Plant Stress》：miR156 as a Central Regulator of Plant Stress Adaptation: Molecular Networks, Hormonal Crosstalk, and Breeding Potential
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本综述系统阐述了保守microRNA miR156通过SPL转录因子依赖与非依赖途径整合植物胁迫响应网络的分子机制，重点解析了其在干旱、盐碱、温度胁迫及重金属毒性等逆境应答中的核心作用，揭示了其与ABA、JA、GA、SLs等激素信号的交叉对话，并探讨了基于CRISPR/Cas编辑miR156靶点的抗逆育种策略，为气候智慧型农业提供了理论支撑。
miR156：植物胁迫适应的分子枢纽
在植物与环境的持续博弈中，微观世界里的调控者microRNA156 (miR156)逐渐崭露头角，成为连接植物生长发育与逆境适应的核心枢纽。这篇综述深入探讨了miR156如何通过其复杂的分子网络，帮助植物应对干旱、高温、盐碱乃至病原菌侵袭等一系列挑战。
发现、保守性与生物学功能
miR156最早在拟南芥中被发现，其惊人的进化保守性使其在几乎所有植物物种中均存在。它主要通过转录后抑制SQUAMOSA启动子结合蛋白样（SPL）转录因子家族成员来发挥功能。这种抑制通常通过其“种子区域”（第2-8位核苷酸）与SPL基因mRNA的3‘非翻译区（3’ UTR）或编码序列（CDS）互补结合，引发mRNA切割或翻译抑制来实现。最为人熟知的是，miR156通过调控SPLs，主导了植物从幼年期到成年期的阶段转变。随着植物年龄增长，miR156水平下降，SPL蛋白积累，从而触发开花等成年性状。
非生物胁迫响应中的核心作用
当环境变得严酷时，miR156的表达模式会发生动态变化，成为植物启动防御机制的关键开关。
在干旱胁迫下，多个物种中的miR156被诱导表达。例如，在木薯中，miR156-MeSPL9模块通过调节脯氨酸、花青素等保护性代谢物积累以及茉莉酸（JA）信号来增强耐旱性。在苹果中，干旱诱导的miR156ab通过抑制MsSPL13，调节根系构型和脱落酸（ABA）介导的气孔运动。更有趣的是，miR156还与独脚金内酯（SLs）信号通路存在交叉对话，在番茄中，它作为ABA依赖的SL信号分子桥梁，调节干旱后的气孔行为恢复。
面对盐胁迫，miR156的调控策略多样且具有物种特异性。苹果通过miR156a靶向MdSPL13，进而解除对MdWRKY100的抑制来增强耐盐性。而柽柳则展示了更为精巧的调控：盐胁迫后，miR156靶向的TcSPLs迅速被抑制，而非靶向的TcSPLs则通过ABA/活性氧（ROS）信号被转录激活，共同强化抗氧化防御。
温度胁迫（高温与低温）同样在miR156的监管范围内。拟南芥中，热应激诱导miR156c/d/h表达，抑制AtSPL2/11等靶基因，帮助植物适应高温。其机制包括调节生长素敏感性以及抑制热激因子（HSFAs）的转录。在低温响应中，机制更为复杂。番茄通过冷胁迫下调sly-miR156e-3p，解除其对SlMYB15（ABA/冷胁迫耐受性的正调节因子）的抑制，从而增强耐寒性。香蕉则通过miR156c-MaSPL4模块下调miR528，解除其对多酚氧化酶（PPO）的抑制，通过酚类代谢改善ROS平衡。然而，这种调控并非总是正向的，水稻中的OsmiR156k通过抑制SPLs削弱了ABA信号和ROS清除能力，反而降低了植物的耐冷性。
在营养胁迫（如氮N、磷P、钾K缺乏）适应中，miR156通过重塑根系构型来优化养分获取。在磷缺乏的 soybean 中，GmmiR156b过表达通过抑制GmSPL15，解除其对GmPHR1的抑制，从而激活磷酸盐转运蛋白基因（GmPT1, GmPT4）并刺激侧根发育。棉花对低氮的响应则表现出时间动态性：早期miR156下调以促进侧根伸长进行“觅氮”，后期其表达升高则激活氮同化基因GhNR1。值得注意的是，miR156对钾胁迫的调控方向存在物种差异，甘蔗中为正向促进钾吸收，而花生中则为负向抑制，这提示了其功能背景依赖性。
对于重金属胁迫（如镉Cd、砷As），miR156主要通过调节金属稳态和抗氧化防御来发挥作用。拟南芥中miR156过通过增强抗氧化酶活性来提高耐Cd性。水稻中的一个有趣发现是，其miR156前体编码的小肽miPEP156e能感知Cd信号并调节下游靶基因，增强耐受性并降低植株中的Cd积累。而砷胁迫下，水稻通过抑制osa-miR156j来解除对SPL7的抑制，从而激活抗氧化防御系统。
生物胁迫响应中的双重角色
miR156同样在植物与病原菌和昆虫的相互作用中扮演重要角色。在抗病方面，水稻中miR156fhl-3p通过干扰miR156-5p对SPL14的调控，影响下游WRKY45的表达，从而协同miR535增强对稻瘟病的抗性。拟南芥中，SQUINT（SQN）蛋白通过抑制miR156来维持高水平的SPL9，进而抑制了对灰霉病菌（Botrytis cinerea）的抗性，这表明降低miR156（或提高SPL9）反而会削弱免疫力。在 birch 中，miR156过表达能提升超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）等防御酶活性以及病原相关（PR）基因的表达，增强基础防御。
在抗虫方面，miR156通过JA信号通路发挥作用。拟南芥中，随着年龄增长而下降的miR156允许SPL9积累，SPL9通过稳定JA信号抑制子JAZ3来抑制JA介导的防御反应，导致对昆虫的抗性降低。相反，水稻中的miR156-SPL14模块则通过调节MPK6影响JA和JA-Ile的生物合成，降低了褐飞虱的繁殖力和存活率，显示出正向抗虫作用。此外，miR156还参与有益互作，如大豆中miR156b通过抑制GmSPL9d，解除对结瘤核心基因（NIN, NF-YA1等）的抑制，促进根瘤形成。
作用机制剖析
miR156的核心作用机制是通过“种子区域”与SPL mRNA靶标结合，主要导致mRNA切割，也可引起翻译抑制。其自身的表达受到转录和表观遗传水平的精密调控，例如干旱胁迫下拟南芥通过ROS1介导的主动去甲基化激活MIR156a/c基因的转录。
除了经典的SPL靶标，miR156也直接或间接调控其他基因，如 alfalfa 中的WD-40蛋白、番茄中的MYB15、大麦中的核酸结合蛋白NAT2等，拓展了其调控网络。
激素交叉对话与miRNA协同是miR156行使功能的另一关键层面。它与ABA、JA、赤霉素（GA）、SLs等多种激素信号通路存在广泛互作，整合生长与防御信号。例如，在干旱响应中，它与ABA、SLs协同调控气孔运动；在发育过程中，它与JA通路交互，影响抗虫性。此外，miR156与miR172组成的保守模块调控植物阶段转变，它还与其他miRNA（如水稻中的miR408-5p、香蕉中的miR528）形成级联通路，共同精细调控植物的胁迫适应。
结论与展望
综上所述，miR156作为一个进化上古老的分子开关，通过其核心的SPL靶标以及不断扩展的非SPL靶标网络，与多种激素信号和miRNA通路进行复杂对话，从而整合植物的生长发育程序与对各种生物/非生物胁迫的适应策略。尽管实验室研究取得了显著进展，但将其应用于大田作物抗逆育种仍面临挑战，例如如何平衡miR156过表达带来的抗逆性增强与可能导致的开花延迟等农艺性状劣化。未来研究需要结合单细胞转录组、空间转录组等新技术在更高分辨率上解析其调控网络，并利用合成生物学和CRISPR/Cas等基因编辑技术，设计时空特异性或环境响应性的miR156调控系统，最终为培育适应气候变化的高产稳产作物提供新的解决方案。
