Developmental Cell:葉綠體逆行信號調控擬南芥microRNA生成的重要...

2020-11-28 生物谷



清華大學生命學院植物生物學研究中心戚益軍研究組在《發育細胞》（Developmental Cell）在線發表了題為《葉綠體到細胞核逆行信號調控擬南芥microRNA生成》（Chloroplast-to-Nucleus Signaling Regulates MicroRNA Biogenesis in Arabidopsis）的研究論文。該研究發現了葉綠體逆行信號可以調控擬南芥microRNA（

miRNA

）的生成，並揭示了該調控機制在擬南芥耐熱性獲得方面的重要作用。


miRNA是一類長約21個核苷酸的內源小RNA，它們從其前體（primary miRNA， pri-miRNA）在細胞核內被Dicer-like 1 (DCL1)加工產生，與效應蛋白Argonaute1結合後通過切割靶標mRNA或抑制翻譯等方式調節基因表達。葉綠體是植物細胞重要的細胞器。它不僅是光合作用的中心，而且是植物感受內源和外界環境刺激的感受器之一。葉綠體可以利用代謝過程中產生的小分子，通過逆行信號通路將環境刺激傳遞至細胞核，調控核內基因表達。


在這項研究中，研究者通過正向遺傳篩選獲得到了一個嚴重影響miRNA產生的突變體cue1. CUE1是一個定位於葉綠體內膜的轉運蛋白，它可以將化合物PEP轉運至葉綠體內並通過Shikimate 通路代謝產生三種芳香族胺基酸 (Tyr， Phe， and Trp)。

遺傳

學分析表明，三種芳香族胺基酸中的Tyr，而不是Phe和Trp，為miRNA的積累所必需。進一步分析發現，Tyr通過生成下遊代謝產物維生素E調控miRNA生成。戚益軍研究組隨後深入研究了維生素E 調控miRNA生成的作用機制，發現維生素E可通過葉綠體逆行信號分子PAP，抑制核內RNA外切酶XRN2的活性，使得pri-miRNA 免於降解，從而促進miRNA的生成。此外，該研究還發現miRNA通路的逆行信號調控模式對於擬南芥熱脅迫下耐熱性的獲得具有重要意義。


該研究首次揭示了葉綠體逆行信號通路可調控細胞核內miRNA 的生成，這對理解葉綠體逆行信號通路和miRNA通路的調控機制都具有重要意義。


清華大學生命學院植物生物學研究中心博士後方曉峰和博士生趙高展為該論文的共同第一作者。戚益軍為論文通訊作者。該研究由國家自然科學基金委、科技部重點研發計劃和清華-北大生命科學聯合中心提供經費支持。(

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