任國棟研究員課題組在植物miRNA代謝領(lǐng)域取得重要進展
6月26日，我院任國棟研究員課題組在《美國科學(xué)院院報》（Proc Natl Acad Sci U S A，PNAS）雜志發(fā)表了題為《擬南芥DEDDy型3‘到5’核酸外切酶Atrimmer 2介導(dǎo)非甲基化miRNA/miRNA*降解》（Degradation of unmethylated miRNA/miRNA*s by a DEDDy-type 3’ to 5’ exoribonuclease ATRIMMER2 in Arabidopsis）的研究論文。該研究分離鑒定了擬南芥中一個新的DEDDy型核酸外切酶ATRM2參與非甲基化微小RNA（miRNA）的降解過程，揭示了一種全新的miRNA質(zhì)量監(jiān)控機制。
miRNA是一類長度在20-24堿基的內(nèi)源非編碼RNA，在動植物正常生長發(fā)育和環(huán)境應(yīng)答等過程中起重要調(diào)節(jié)作用。miRNA在體內(nèi)的表達豐度受到轉(zhuǎn)錄、加工、修飾和降解等多個層面的精細調(diào)控。在植物中，RNA甲基轉(zhuǎn)移酶HEN1介導(dǎo)的miRNA 3’末端甲基化修飾對于miRNA的穩(wěn)定性至關(guān)重要。HEN1缺失可導(dǎo)致miRNA 3’ 末端加尿苷化尾（Uridylation）或 3’到5’截短（Trimming），從而使miRNA失穩(wěn)降解，引起植株發(fā)育遲緩、育性下降等一系列表型。任國棟研究員及合作者前期研究揭示了兩個RNA尿苷轉(zhuǎn)移酶HESO1和URT1協(xié)同催化miRNA末端加尾過程的分子機制 （Ren et al 2012, Curr Biol; Wang et al 2015, PLoS Genet）。
為進一步研究非甲基化miRNA的降解機制，研究人員通過反向遺傳學(xué)篩選，鑒定到ATRM2突變可以顯著回復(fù)hen1的表型。Northern雜交實驗發(fā)現(xiàn)ATRM2突變可以選擇性的回復(fù)部分miRNA的表達量，但不影響miRNA的3’到5’截短，且ATRM2對miRNA的降解不依賴于末端尿苷化修飾。這些結(jié)果表明ATRM2既不參與截短過程，也不是特異性降解尿苷化miRNA的酶。小RNA測序分析以及Northern雜交發(fā)現(xiàn)受ATRM2調(diào)控的miRNA，其對應(yīng)的miRNA*也被顯著影響，提示ATRM2的底物可能是未甲基化的miNRA/miRNA*雙鏈結(jié)構(gòu)。進一步研究發(fā)現(xiàn)ATRM2與AGO1在體內(nèi)共定位且存在相互作用，但ATRM2并不影響AGO1對鏈的選擇性以及miRNA*從AGO1上的剔除。綜合上述實驗結(jié)果以及野生型狀態(tài)下仍有一定比例的miRNA處于未甲基化狀態(tài)，猜測ATRM2可能通過降解未受甲基化保護的miRNA/miRNA*雙鏈，對起始進入AGO1蛋白的miRNA進行質(zhì)量監(jiān)控。該研究揭示了miRNA代謝調(diào)控的復(fù)雜性，拓展了我們對miRNA代謝過程質(zhì)量控制機制的認識，為更好的利用miRNA調(diào)控植物發(fā)育和脅迫應(yīng)答奠定理論基礎(chǔ)。
該項工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委、中國博士后基金等項目的資助。復(fù)旦大學(xué)為第一單位，任國棟課題組博士后王曉彥（現(xiàn)為深圳大學(xué)生命與海洋科學(xué)學(xué)院副研究員）、 博士研究生王淵以及貝勒醫(yī)學(xué)院竇永超博士為本文的共同第一作者，任國棟研究員為本文的通訊作者。
論文鏈接：http://www.pnas.org/content/early/2018/06/20/1721917115
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