多组学分析发现Rch-miR156是异体嫁接玫瑰植物耐盐性的调控因子

《Plant Stress》：Multi-omics analysis identifies Rch-miR156 as a regulator of salt tolerance in heterografted Rosa plants

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　　在植物科学领域，植物的耐盐性一直是研究的重要课题之一。由于盐碱环境对植物生长造成严重威胁，研究者们一直在探索有效的改良策略。其中，嫁接技术因其能够有效传递根系的耐盐特性而备受关注。本研究聚焦于蔷薇属植物的异砧嫁接过程，通过系统分析不同嫁接组合下植物的耐受性变化，发现一种具有高度耐盐能力的蔷蜜蔷（R. multiflora）‘Inermis’作为最佳砧木，能够显著提升接穗（R. chinensis）的耐盐性。该研究不仅揭示了异砧嫁接过程中miRNA与mRNA调控网络的重塑，还确定了Rch-miR156与RcNAC31之间的关键调控模块，为未来改良蔷薇耐盐性提供了重要的理论依据和实践指导。

蔷薇作为重要的观赏植物，广泛应用于室内外绿化景观中。然而，其在盐碱地或半干旱地区的生长常受到盐胁迫的严重限制。传统的育种方法在提升耐盐性方面存在周期长、效率低等问题，而嫁接技术则提供了一种快速、高效的方法。通过将耐盐性较强的砧木与蔷薇接穗结合，可以有效传递根系的耐盐特性，从而增强整体植株的抗逆能力。本研究通过系统筛选，确认了蔷蜜蔷‘Inermis’作为最适宜的耐盐砧木，并进一步分析了嫁接后miRNA表达的变化及其对耐盐性的调控作用。

研究团队通过小RNA测序和转录组测序技术，对嫁接后的植物样本进行了深度分析。结果显示，接穗和砧木中分别有142种和273种差异表达的miRNA（DEMs）。这些miRNA主要调控AUX/IAA、AP2/ERF、ARF、HD-ZIP、MYB、NAC和bZIP等转录因子家族。KEGG通路富集分析进一步揭示了这些miRNA靶基因在组氨酸代谢和赖氨酸生物合成等关键通路中的作用，这些通路在渗透调节和胁迫信号传导中发挥重要作用。此外，研究发现Rch-miR156的表达在异砧嫁接后的接穗中显著下调，而其潜在的靶基因RcNAC31则可能在调控耐盐性中起到关键作用。

为了验证这些miRNA的功能，研究团队进行了功能分析实验。结果表明，过表达Rch-miR156会导致蔷薇植株和蔷蜜蔷‘Inermis’砧木的耐盐性显著下降，表现为活性氧（ROS）积累增加、丙二醛（MDA）含量升高以及叶绿素含量减少。相反，过表达RcNAC31则能够有效缓解ROS积累，降低MDA含量，并显著增强蔷薇植株的耐盐能力。这表明Rch-miR156与RcNAC31之间的调控关系在耐盐性中具有重要影响，RcNAC31可能通过调控ROS清除机制来提升植物的耐盐能力。

研究还发现，异砧嫁接显著改变了miRNA的表达模式。例如，在R. chinensis接穗中，一些miRNA如miR28、miR166、miR156和miR301表现出显著上调，而miR142、miR11288a和miR228则下调。同样，在R. multiflora‘Inermis’砧木中，miR174和miR139上调，而miR166、miR214和miR395下调。这些结果表明，异砧嫁接过程中miRNA的表达变化可能在植物间信息传递和胁迫响应中发挥关键作用。

在异砧嫁接的背景下，研究团队进一步探讨了miRNA靶基因的功能。通过基因表达分析，他们发现一些关键基因如RcNAC31在嫁接后表现出不同的表达模式。这些基因可能参与了盐胁迫下的生理调节过程，如细胞膜完整性维持、叶绿素稳定性和ROS清除等。例如，在RcNAC31被沉默的蔷薇植株中，MDA和离子渗透率显著增加，而叶绿素含量明显下降，表明该基因在盐胁迫下的保护作用。相反，RcNAC31的过表达则显著降低了MDA积累，并减轻了ROS信号传导，进一步验证了其在增强耐盐性中的积极调控作用。

此外，研究还揭示了miRNA在植物系统信号传导中的重要性。在嫁接过程中，miRNA能够通过长距离运输机制影响接穗和砧木之间的基因表达。例如，在甘蓝（Brassica napus）中，miR395、miR398和miR399在韧皮部中表达，并能够跨接穗运输至砧木，调控相应的靶基因表达。同样，在马铃薯（Solanum tuberosum）中，miR172作为一种长距离信号分子，能够从叶片运输至匍匐茎，影响块茎形成基因的表达。这些发现表明，miRNA在植物间的信号传导中具有重要作用，特别是在应对盐碱等非生物胁迫时。

本研究不仅限于miRNA的表达分析，还深入探讨了其靶基因的功能。通过病毒诱导基因沉默（VIGS）和瞬时过表达实验，研究团队验证了RcNAC31在蔷薇耐盐性中的关键作用。这些实验结果表明，RcNAC31的过表达能够显著提升蔷薇植株的耐盐能力，而其沉默则导致耐盐性下降。这进一步支持了RcNAC31作为Rch-miR156靶基因的假设，并揭示了miRNA与靶基因之间的调控机制。

总体而言，本研究通过综合分析嫁接过程中miRNA和mRNA的表达变化，揭示了蔷薇耐盐性的分子机制。研究结果表明，异砧嫁接能够重塑miRNA-mRNA调控网络，为理解植物嫁接过程中的长距离信号传导和胁迫响应提供了新的视角。此外，Rch-miR156-RcNAC31模块在耐盐性调控中具有重要作用，这为未来通过基因工程手段提升蔷薇耐盐性提供了重要的候选基因和调控模块。研究不仅深化了对蔷薇异砧嫁接过程中分子机制的理解，也为其他作物在非生物胁迫下的抗逆性改良提供了参考。