科研動態

省科學院生物工程所揭示小分子RNA合成代謝調控植物發育的作用機制

來源: 時間:2020-11-18

  微小RNA(miRNA)是一類長度約為20-24堿基的內源小分子RNA,在動植物生長發育、細胞命運決定和轉換、以及環境應答等生物學過程中發揮著十分重要的作用。miRNA前體基因(MIR),經過DNA聚合酶II (Pol II)轉錄形成莖區不完全配對的具有發夾結構miRNA初級轉錄本(pri-miRNA),該結構可被核酸內切酶DCL1切割,之后釋放出成熟的雙鏈miRNA/miRNA*。與動物不同的是植物 pri-miRNA的莖環區長度差異更大(從60 nt到超過500 nt,動物中一般為~70 nt),莖環結構更為復雜性。因此植物除了經典的基部到環的加工方式,不少miRNA以環到基部的切割方式成熟,有些長的pri-miRNA還存在兩次以上的連續切割。 

  外切體是生物體最主要的負責各類RNA降解的蛋白質機器,在rRNA加工成熟、正常RNA周轉以及非正常RNA的及時清除等細胞基本生命活動過程中發揮著關鍵作用。核心復合物通過與不同輔助因子互作參與不同RNA底物的識別和降解。RNA解旋酶SKI2、MTR4以及HEN2分別是胞質外切體、核仁外切體與核質外切體的重要輔助成員。 

  近日,廣東省科學院生物工程研究所與復旦大學遺傳工程國家重點實驗室任國棟研究員團隊合作,在國際權威綜合期刊PNAS(IF5y=9.516)發表了題為“Hyponastic Leaves 1 protects pri-miRNAs from nuclear exosome attack”的研究論文(廣東省科學院生物工程研究所生物育種研究室高帥博士為第一作者)。該研究通過正向遺傳學篩選hyl1-2的表型抑制子,結合圖位克隆分離鑒定到核質外切體的另一輔助因子SOP1。在hyl1-2中引入核質外切體輔助因子HEN2的突變,同樣可以顯著抑制hyl1-2的發育缺陷,表明SOP1和HEN2可能共同參與了外切體途徑介導的miRNA合成代謝調控(圖1A)。miRNA及pri-miRNA的聯合分析發現,hyl1 sop1 雙突中加工方向為環到基部的pri-miRNA較hyl1積累更多,其對應的成熟miRNA回復也更為顯著,表明SOP1選擇性參與hyl1突變體中加工方向為環到基部的pri-miRNA降解(圖1B 和 C)。更為有意思的是,hyl1 hen2雙突變體中幾乎所有的pri-miRNA均顯著累積,但只有環到基部成熟的miRNA得到了回復(圖1B和 C)。該研究結果表明在HYL1發生缺失的情況下,環區到基部加工的pri-miRNA的超累積可以進一步促進miRNA的生成,而基部到環區加工的pri-miRNA則不能?;プ鞣治霭l現,加工復合體成員SE能夠與HEN2相互作用,猜測可能在招募外切體中發揮功能。 

  綜上所述,該研究揭示了擬南芥雙鏈RNA結合蛋白 HYL1在 miRNA加工成熟過程中保護底物分子免受核酸外切體(exosome)攻擊的新機制,并發現HYL1可能在DCL1介導的由環區到基部和基部到環區成熟的pri-miRNAs 加工過程中發揮不同的作用,闡釋了外切體在pri-miRNA生物發生中的監控作用以及加工復合體核心成員HYL1的保護功能,由此也拓展了我們對于加工過程中pri-miRNA質量控制機制的認識。此外,該研究還系統鑒定了受HEN2、SOP1調控的靶標基因,這些基因可以作為核質外切體功能的標計基因。 

  圖1. HYL1拮抗核酸外切體保護pri-miRNA加工順利進行。 

 ?。ㄊ】茖W院生物工程所 高帥/供稿) 

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