拟南芥miR395调控硫元素同化代谢途径的分子机制

硫元素是植物生长发育所必需的大量矿质元素之一，是构成含硫氨基酸和蛋白质的基本元素，是合成其它生物活性物质的重要成分。硫对于提高作物产量、改善产品品质、增强作物抗逆性具有重要作用。目前研究表明，miRNA在植物调控矿质营养代谢方面具有重要的生物学功能。我们最近研究结果表明，miR395通过分别调控三个ATPS基因和一个硫转运蛋白进而影响游离无机硫酸根离子在植物叶子内的含量以及在不同年龄叶子间的分布。因此，miR395可以通过调控硫同化代谢途径的第一个基因ATPS的表达而参与调节植物硫同化代谢途径。然而，关于miR395调控硫同化代谢途径的具体分子机制，目前尚不清楚。在原有研究工作基础上，我们将进一步明确miR395和四个ATPS基因时空表达关系，着重阐明miR395精细调控四个ATPS基因表达，通过分析不同突变体中的硫同化代谢产物，最终揭示miR395通过ATPS对硫同化代谢的调控机制。

硫是植物生长发育必须的元素，直接影响农作物的质量和产量。土壤中无机硫酸根离子是植物的主要硫源。植物吸收的硫酸根被ATP硫化酶激活，然后同化成含硫的代谢物。尽管如此，ATP硫化酶对硫酸根浓度的调控还不清楚。我们研究了miR395-ATPS1/3/4调控信号对硫酸根的控制。miR395过表达植物中，ATPS1，ATPS3和ATPS4表达量下降的同时，硫酸根水平提高了。相应地，miR395表达的降低导致了硫酸根含量的下降。与这些结果一致，ATPS1，ATPS3和ATPS4的过表达也导致了硫酸根浓度的降低。这些ATPS基因在硫饥饿条件下的差异表达暗示它们有不同的功能。进一步的研究揭示，miR395对硫酸根的调控依赖于其对ATPS靶基因的抑制。不像ATPS1，ATPS3和ATPS4编码质体定位的ATP硫化酶，ATPS2基因编码一个细胞质定位的ATP硫化酶。遗传分析表明，ATPS2对硫酸根水平没有影响。我们的研究表明，miR395靶向的三个ATPS基因是调控叶片硫酸根浓度的关键因子。