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植物miRNA合成调控取得进展

2018-07-08 01:09

  在不同的生长发育阶段和受到外界生物、非生物胁迫时,生物体需要精细地调控基因的表达水平。近年来,microRNA (miRNA)在基因精细调控中的作用越来越被重视。miRNA在线个核苷酸的非编码小RNA分子, 通过负调控mRNA靶基因的转录后表达水平影响动植物的生长发育和疾病发生等多种生物学过程。在植物中,miRNA 参与调控器官的形态建成、生长发育、种子大小和生物产量、以及抵御外界生物(如病、虫等)和非生物(如干旱、温度、盐碱、贫瘠等)胁迫。研究调控miRNA合成代谢的分子机制,对于改善农作物以及能源植物的产量品质和环境适应性具有非常重要的生物学意义。然而植物miRNA是如何产生的,以及在不同的环境条件下如何精细调控基因的表达水平并不十分清楚。

  近年来,调控miRNA合成的研究已成为小RNA领域的一个研究热点,许多重要的调控因子相继得以鉴定。miRNA首先由MIR基因利用RNA 聚合酶2转录成pri-miRNA,然后通过DCL1复合体进一步加工为成熟的miRNA分子,从而调控目标基因的表达水平。近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所李胜军研究组与中科院遗传与发育生物学研究所李云海研究组、内布拉斯加大学于彬实验室合作,利用生物化学、分子生物学和遗传学的手段,鉴定了SMA1调控miRNA合成的重要功能。该研究分离了一个发生点突变的sma1突变体,导致植株矮小、花和叶片等器官变小,进一步研究揭示SMA1在miRNA合成的多个层面发挥功能:(1)调控RNA聚合酶II介导的pri-miRNA转录;(2)与DCL1加工复合体互作影响pri-miRNA的加工;(3)调控DCL1pre-mRNA 内含子的剪切,进而影响DCL1蛋白的表达水平。SMA1基因编码一个DEAD-box结构域蛋白,在真核生物中高度保守。其同源基因Prp28在酵母、动物中调控mRNA前体(pre-mRNA)内含子的剪切。由于在植物中SMA1功能缺失导致胚胎致死,该基因在植物中的功能一直未见报道。 该研究首次揭示了SMA1基因调控miRNA合成的新功能,也将为利用生物技术的手段改善农艺性状提供理论基础。

  该研究成果于6月30日在线发表在Nucleic Acids Research,获得中科院率先行动“百人计划”的支持。(生物谷