白菜花序
近日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所何玉科研究組在Nature Communications發表了題為「Natural antisense transcripts ofMIR398genes suppress microR398 processing and attenuate plant thermotolerance」的學術論文。該研究組長期從事miRNA生物合成分子機制及其應用技術的研究，曾經在模式植物擬南芥和蔬菜作物白菜中識別出大批miRNA基因的天然反義轉錄本（natural antisense transcripts，NATs），新發表的論文首次報導了miR398基因天然反義轉錄本調控miR398生物合成和植物抗熱性的新機制，該結果為人們深入探究生物體內基因沉默和表達調控的秘密，在實踐中通過miRNA和天然反義轉錄本改良作物重要農藝性狀提供了科學依據。
研究過程：
在真核生物中，miRNA參與多種多樣的生命過程，天然反義轉錄本是一類廣泛存在於動植物基因組中的編碼或非編碼的RNAs分子，它與正義基因互補，在轉錄水平或轉錄後水平調節正義基因的表達。然而，目前尚不清楚天然反義轉錄本與miRNA之間的調控關係。通過對白菜和擬南芥全基因組和轉錄組測序數據以及相關資料庫的分析，作者發現一系列MIRNA基因的順式天然反義轉錄本，包括白菜中的BrpMIR398b-1和BrpMIR398b-2以及擬南芥中的MIR398b和MIR398c。作者首先分析了MIR398b/c和NAT398b/c在擬南芥植株中的表達模式，發現MIR398b和MIR398c在維管束組織中分別與它們的反義基因NAT398b和NAT398c共表達。作者培育了過表達NAT398b和NAT398c的轉基因植株，發現其轉基因植株中pri-miR398b或pri-miR398c表達量和miR398水平顯著降低， miR398靶標基因CSD1上調。人為降低它們反義基因NAT398b和NAT398c表達水平，則分別增加了pri-miR398b或pri-miR398c和miR398的積累，引起miR398靶標基因的下調。結果表明，MIR398反義轉錄本調控miR398的生物合成。RNA酶保護實驗表明，NAT398b和NAT398c轉錄本分別與pri-miR398b和pri-miR398c形成雙鏈結構。如果增加NAT398b/c的表達，植株葉片中pri-miR398b/c降解速率增加，pri-miR398b/c的表達量會顯著降低，表明NAT398b和NAT398c分別降低pri-miR398b和pri-miR398c的穩定性。作者通過sRNA深度測序發現了一些21 nt的nat-siRNA，人工過表達nat-siR398-1有效抑制了pri-miR398b/c的表達（圖1）。
圖1. MIR398b/c和它們的cis-NATs之間的調控模式圖
研究結果：
為了確認miR398基因天然反義轉錄本的生物學效應，作者檢測了過表達和knockdownNAT398b和NAT398c轉基因植株的抗熱性。結果表明，過表達NAT398b和NAT398c基因減弱轉基因植株的抗熱性，人工降低NAT398b和NAT398c基因的表達量則增強轉基因植株的抗熱性。這些結果表明，MIR398b/c反義轉錄本的存在是在削弱植物的抗熱性，並且NAT398b/c是通過調控miR398的生物合成來調控植物抗熱性。
何玉科研究組合影相關情況：
何玉科研究員的博士畢業生李亞潔為第一作者，何玉科研究員和楊軍副研究員為該論文的共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金的資助。
來源：中科院分子植物卓越中心