2020年1月11日，北京大學生命科學學院李磊研究員課題組在The Plant Cell雜誌在線發表了題為「MicroRNA775 Regulates Intrinsic Leaf Size and Reduces Cell Wall Pectin Levels by Targeting a Galactosyltransferase Gene in Arabidopsis」的研究論文。該研究發現，miR775通過靶向一個編碼半乳糖基轉移酶的基因調控細胞壁果膠含量從而決定擬南芥內在器官大小。
miRNA對靶基因的轉錄後調控機制在植物中廣泛存在，在生長發育過程中發揮著重要作用。同時，植物初生細胞壁也是細胞生長和組織器官發育的重要結構基礎，具有十分複雜的成分和結構組成，細胞壁多糖基質的合成與修飾需要多個基因參與。然而目前還沒有miRNA如何調控細胞壁生物合成的系統性研究。為解答這一問題，課題組通過生物信息學方法，在模式植物擬南芥中鑑定了23個靶向細胞壁生物合成基因的miRNA，命名為細胞壁miRNA（CW-miRNA）。課題組以miR775為例，進行了深入的遺傳和生化研究，發現miR775能夠靶向一個編碼糖基轉移酶31家族的半乳糖基轉移酶基因GALT9，而miR775-GALT9通路主要通過改變細胞大小來調控葉片及其它相關器官的大小。基於基因共表達分析、細胞壁單糖定量測量、共焦拉曼成像、果膠免疫標記和原子力顯微鏡分析等結果，闡明了該通路調控細胞壁的果膠水平和細胞壁彈性模量來控制細胞大小並進而調控器官大小（圖1）。
圖1. miR775調控細胞壁果膠含量由此調控葉片大小
這項研究還發現，miR775受到上遊轉錄因子HY5的負向調控，構成了HY5-MIR775-GALT9雙重抑制通路，遺傳學證據表明，HY5通過抑制miR775的表達以調控細胞壁果膠水平和細胞壁彈性模量進而調節器官大小（圖2）。以上結果揭示了基於miRNA的細胞壁基因調控在控制器官大小方面的作用機制，突出了系統研究植物生長發育過程中細胞壁miRNA功能的必要性，對深入理解植物器官大小形成機制具有重要意義，同時為改良作物農藝性狀提供了新的思路。
圖2.HY5-MIR775-GALT9通路調控果膠含量與內在葉片大小的模式圖
李磊為本文通訊作者，北京大學生命科學學院博士研究生張禾為第一作者。北京大學生命科學學院秦跟基教授和中國科學院遺傳發育所焦雨玲研究員對這項工作提供了幫助。該項目得到國家自然科學基金、科技部重大研發計劃、蛋白質與植物基因研究國家重點實驗室以及北大-清華生命科學聯合中心的資助。