鄭丙蓮課題組揭示套索RNA代謝的分子特征
RNA拼接是基因表達(dá)調(diào)控的重要環(huán)節(jié)，其過程分為兩步：首先，內(nèi)含子的5’端剪接位點(diǎn)被切開，隨即5’磷酸基團(tuán)攻擊靠近內(nèi)含子3’末端分支位點(diǎn)(BP)的2’-OH形成2’-5’磷酯鍵的套索中間體；然后，內(nèi)含子3’端的剪接位點(diǎn)被切開，外顯子相連產(chǎn)生成熟的mRNA，被切除的內(nèi)含子被稱為套索RNA (lariat RNA)。傳統(tǒng)上認(rèn)為套索RNA被去分支酶DBR1線性化后被降解，但近年來發(fā)現(xiàn)動植物中很多套索RNA逃逸線性化以環(huán)形RNA的形式存在并參與基因表達(dá)調(diào)控。我們課題組在研究植物miRNA產(chǎn)生途徑的調(diào)控機(jī)制的過程中發(fā)現(xiàn)套索RNA的累積導(dǎo)致植物miRNA產(chǎn)生途徑關(guān)鍵復(fù)合物Dicer結(jié)合miRNA前體的效率降低，最終影響全基因組范圍內(nèi)miRNA的產(chǎn)生，提示套索RNA的及時清除為生物體內(nèi)miRNA的加工提供了安全保障（Li et al., PLoS Genet 2016）。然而盡管套索RNA的快速清除非常重要，動植物的dbr1無義突變體都是胚胎致死，但RNA拼接過程中分支位點(diǎn)如何選擇以及套索RNA被降解還是被滯留的分子特征均不清楚。
為了深入探究套索RNA的代謝調(diào)控機(jī)制，通過和昆明理工大學(xué)生物信息學(xué)專家鄭云博士合作，鄭冰蓮團(tuán)隊(duì)成員結(jié)合擬南芥、水稻、玉米和番茄中上千種套索RNA測序數(shù)據(jù)和RNA測序數(shù)據(jù)鑒定了6萬余個植物內(nèi)含子分支位點(diǎn)?？傮w而言，和酵母和人類中的分支位點(diǎn)類似，植物中的分支位點(diǎn)多為腺嘌呤，隨著基因組復(fù)雜性的增加，其它堿基的分支位點(diǎn)的比例越來越高。分支點(diǎn)一般距離內(nèi)含子的3’末端50 bp以內(nèi)，而且植物內(nèi)含子普遍存在多個分支位點(diǎn)，不同的分支位點(diǎn)的使用具有明顯的組織特異型調(diào)控方式，最終導(dǎo)致所在親本基因表達(dá)的變化。通過對野生型擬南芥和dbr1突變體中的2萬余個套索RNA的分子特征分析發(fā)現(xiàn)，能夠逃逸線性化的套索RNA的內(nèi)含子長度普遍偏長，所在親本基因表達(dá)量也偏高。更有意思的是，套索RNA積累的水平與內(nèi)含子區(qū)域逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的插入序列的占比顯著負(fù)相關(guān)，但與旁測外顯子甚至所在親本基因外顯子的反向環(huán)化概率正相關(guān)，提示套索RNA的選擇性去留與堿基序列有關(guān)，轉(zhuǎn)座子入侵加快RNA拼接副產(chǎn)物套索RNA的及時清除可能有利于基因組擴(kuò)增過程中物種的適應(yīng)性。該項(xiàng)研究首次系統(tǒng)地提供了全基因組范圍內(nèi)植物內(nèi)含子分支位點(diǎn)的序列特征圖譜，并部分揭示了套索RNA代謝的分子特征。研究結(jié)果為理解內(nèi)含子分支位點(diǎn)變異在農(nóng)作物育種中的應(yīng)用和研究DBR1識別套索RNA的分子機(jī)制提供線索，并為其它物種尤其是農(nóng)作物中鑒定套索RNA并探究其生物學(xué)意義等奠定了重要的基礎(chǔ)。
相關(guān)研究結(jié)果于3月20日發(fā)表在國際植物學(xué)頂級期刊《植物 細(xì)胞》（Plant Cell）雜志。復(fù)旦大學(xué)生科院鄭丙蓮課題組的在讀博士研究生張小跎和張勇同學(xué)為本文共同第一作者，鄭丙蓮研究員和昆明理工大學(xué)的鄭云博士為共同通訊作者。本研究工作得到了復(fù)旦大學(xué)遺傳工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題、人才計(jì)劃項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。
論文全文鏈接：DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.18.00711。
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