Advanced Science—张欢课题组解析miR162调控入侵植物喜旱莲子草水生适应表型可塑性的分子机制

近日，中心张欢课题组与复旦大学郑丙莲教授、杨继教授及云南农业大学郑云教授合作的研究论文“Nanoparticle delivery of antisense miR162 inhibits invasive habitat adaption of Alternanthera philoxeroides”发表在Advanced Science上。该研究揭示了miR162快速响应环境变化，促进喜旱莲子草节间茎伸长进而帮助其适应水生环境的分子机制。在此基础上，通过设计框架核酸结构递送anti-miR162，成功实现了对入侵植物喜旱莲子草的生长抑制。

表型可塑性（Phenotypic plasticity）是指同一基因型在不同环境条件下表现出不同表型的特性，是生物适应环境变化的关键策略之一。研究表明，表型可塑性在外来物种的入侵过程中发挥着至关重要的作用，可塑性强的入侵物种能够通过快速调整表型来适应新环境，从而显著提高其扩散能力和繁殖成功率。全球性入侵植物喜旱莲子草（Alternanthera philoxeroides）凭借其极强的表型可塑性，能够在不同环境（如陆地和水体）中迅速调整生长策略，逃避水淹胁迫。相比之下，其近缘种刺花莲子草（Alternanthera pungens）由于表型可塑性较低，难以适应水淹环境，因而入侵能力较弱。

为揭示miRNA在喜旱莲子草水生适应中的功能机制，研究团队通过水淹处理结合small RNA测序分析，鉴定出多个响应水淹胁迫的差异表达miRNA，其中miR162的表达在水淹3小时后显著上调，提示其可能参与水生适应性调控。为验证miR162的功能，研究团队利用烟草脆裂病毒介导的基因沉默系统（TRV-VIGS）特异性敲降miR162，结果发现植株在水淹条件下的节间茎伸长受到显著抑制，导致植株无法突破水面，证实了miR162对水生表型可塑性的关键调控作用。进一步的启动子比较分析揭示，喜旱莲子草MIR162基因启动子区含有保守的厌氧响应元件（AREs）——该元件是植物应答低氧胁迫的核心调控模块；而刺花莲子草的MIR162基因启动子则缺失这一关键元件，这从分子层面解释了两个近缘种在水淹适应性上的显著差异。基于上述发现，研究团队创新性地采用框架核酸赋能的递送技术将miR162的反义RNA导入喜旱莲子草，成功抑制了水淹诱导的茎伸长表型。这一成果不仅阐明了表型可塑性的分子基础，更为开发新型RNA生物农药防控入侵物种提供了重要的理论依据和技术路径。

图注：左图展示了喜旱莲子草在水体系统中的入侵过程，其快速扩张严重威胁其他水生植物的生存，进而导致生态系统失衡；右图展示了通过纳米颗粒递送miR162-as抑制喜旱莲子草在水淹条件下的茎伸长，使其无法伸出水面，最终导致植物死亡；TDF-nanoparticle: 四面体框架核酸；miR162-as: miR162反义RNA。

复旦大学生命科学学院博士生胡倩倩和上海交通大学博士后寇尔丰为本文共同第一作者，复旦大学郑丙莲教授为最后通讯作者。复旦大学杨继教授，云南农业大学郑云教授和上海交通大学张欢副教授为共同通讯作者，复旦大学博士生唐祺，硕士生邱睿怡也参与了该项工作。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金项目等资助。

文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202416747

上海交通大学张欢课题组因科研工作需要，现招聘2-3名博士后，研究方向包括但不限于：植物高效靶向递送体系构建、基因编辑在植物中的应用、RNA农药开发、植物成像等纳米技术与植物学交叉研究。有意者请发送个人简历至zhang_huan@sjtu.edu.cn。