南科大翟繼先課題組在Nature plants刊文

2020-07-10 南方科技大學

近日，南方科技大學生物系副教授翟繼先團隊在Nature plants在線發表題為「新生RNA的轉錄後剪切有助於植物廣泛保留內含子」(「Post-transcriptional splicing of nascent RNA contributes to widespread intron retention in plants」)的研究論文。該研究基於Nanopore測序技術開發了一套針對染色質結合的新生RNA全基因組水平全長測序方法，發現在模式植物擬南芥中超過一半的內含子在Pol-II轉錄到其下遊一千鹼基後尚未被剪切，刷新了人們對高等植物內含子剪切速度的認識。

南科大翟繼先課題組在Nature plants刊文

內含子是基因中不具有編碼作用的片段，它會被轉錄到前體RNA中，但在mRNA加工過程中被剪切掉，而內含子剪切是真核生物mRNA成熟的關鍵步驟。在酵母中，當RNA聚合酶II(Pol-II)轉錄到內含子下遊45nt時已經有一半的內含子完成了剪切。但高等真核生物，尤其植物中RNA共轉錄剪切速率，剪切狀態和其他RNA加工過程之間的關係又是什麼樣的呢？為解答這一疑惑，翟繼先課題組開展了系列研究分析。

翟繼先團隊發現，很多已經完成轉錄和多聚腺苷酸化的轉錄本上特定位置的內含子仍未被剪切。這些轉錄本會滯留在染色質上，等待內含子剪切完成後才能釋放到細胞質中發揮功能。因為這一過程發生在轉錄後，研究團隊稱這類內含子為轉錄後剪切內含子(post-transcriptionally spliced intron, pts-intron)。研究團隊對6000多個已發表的擬南芥轉錄組測序文庫分析發現，pts-intron的剪切依賴PRMT5和SKIP等剪切相關蛋白，並受到多種環境信號的調控。此外，擬南芥中大部分內含子滯留事件發生在pts-intron上，暗示了植物中廣泛觀察到的內含子滯留現象可能是pts-intron受信號調節而剪切受抑制產生的。研究團隊推測，植物中帶有內含子的全長mRNA轉錄本大部分不會被翻譯成新的蛋白或被降解，而是被儲存在細胞核內等待被最終剪切後成熟出核，從而在轉錄後水平，通過控制剪切來迅速調節成熟mRNA的產生。

南科大翟繼先課題組在Nature plants刊文

圖1. pts-intron剪切調控mRNA成熟模型。pts-intron未剪切的轉錄本儲存在細胞核裡（左圖），等待內含子剪切完成後才釋放到細胞質中翻譯蛋白（右圖）。

該研究開發了一種染色質結合的新生RNA全長測序方法，能捕獲包括Pol-II延伸過程中的轉錄本、已轉錄過polyA位點的read through轉錄本、以及已完成或正在進行加A的轉錄本在內的多種RNA轉錄、剪切和加工中間體，並同時對每個RNA分子上的內含子剪切狀態、Pol-II轉錄位置、polyA位置以及polyA長度等信息進行檢測。這為研究人員追蹤並研究mRNA轉錄、剪切和加工的動態過程提供了重要的新工具。

南科大翟繼先課題組在Nature plants刊文

圖2. 基於Nanopore技術的染色質結合的新生RNA全長測序方法檢測的RNA轉錄、剪切和加工中間體示例圖。

翟繼先為該論文的通訊作者，南科大為唯一通訊單位。翟繼先課題組研究助理教授賈津布和龍豔萍為該論文共同第一作者。中科院遺傳與發育生物學研究所教授曹曉風、博士鄧嫻以及華南農業大學教授夏瑞合作參與了工作。該研究得到了國家自然科學基金委員會、廣東省創新創業團隊、以及深圳市科技創新委員會的資助。

原文連結：

https://www.nature.com/articles/s41477-020-0688-1

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