中國科學家戚益軍小組首次在單細胞生物中發現miRNA

2021-01-08 生物谷

    5月15日《Genes & Development》一篇文章報導，由中國北京生命科學研究所戚益軍(Yi-Jun Qi)博士率領的國際研究小組，在單細胞綠藻萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）中發現microRNAs，這是首次在單細胞生物中發現miRNAs。

    新發現不僅顛覆了長期以來人們對「miRNAs只存在於多細胞生物中」的教條認識，還為日益繁榮的小RNA世界又增加了一條重要信息。但這些miRNAs在綠藻中發揮什麼樣的作用呢？

    miRNAs是一組保守的、長度大約21核苷的RNA序列，通過劈開與之互補的mRNA靶標或抑制基因翻譯，調節基因的表達。miRNAs在動物和植物都存在，它們是多細胞發育的關鍵調節者。

    戚博士等將他們在綠藻中發現的大量miRNAs，在單細胞生命中進一步深入，發現單細胞miRNAs與植物miRNAs有相似的功能特徵，能夠在體內和體外指導靶mRNAs斷裂；另外，配子分化時，miRNAs的表達模式發生變化，說明其可能有調節有性生殖的作用。

    在單細胞生物中發現miRNAs還有進化學上的意義，單細胞和多細胞生物都有miRNAs，說明miRNAs途徑在多細胞生命形式出現之前即以存在，缺乏普遍存在的保守miRNAs基因的藻類、動物和植物，則可能是單獨進化產生的。


原始出處:

Published online before print April 30, 2007
Genes and Development, DOI: 10.1101/gad.1543507

A complex system of small RNAs in the unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii

Tao Zhao1,4, Guanglin Li2,4, Shijun Mi1, Shan Li1, Gregory J. Hannon3, Xiu-Jie Wang2,6, and Yijun Qi1,5

1 National Institute of Biological Sciences, Zhongguancun Life Science Park, Beijing 102206, China; 2 State Key Laboratory of Plant Genomics, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China; 3 Cold Spring Harbor Laboratory, Watson School of Biological Sciences and Howard Hughes Medical Institute, Cold Spring Harbor, New York 11724, USA

Endogenous small RNAs function in RNA interference (RNAi) pathways to control gene expression through mRNA cleavage, translational repression, or chromatin modification. Plants and animals contain many microRNAs (miRNAs) that play vital roles in development, including helping to specify cell type and tissue identity. To date, no miRNAs have been reported in unicellular organisms. Here we show that Chlamydomonas reinhardtii, a unicellular green alga, encodes many miRNAs. We also show that a Chlamydomonas miRNA can direct the cleavage of its target mRNA in vivo and in vitro. We further show that the expression of some miRNAs/Candidates increases or decreases during Chlamydomonas gametogenesis. In addition to miRNAs, Chlamydomonas harbors other types of small RNAs including phased small interfering RNAs (siRNAs) that are reminiscent of plant trans-acting siRNAs, as well as siRNAs originating from protein-coding genes and transposons. Our findings suggest that the miRNA pathway and some siRNA pathways are ancient mechanisms of gene regulation that evolved prior to the emergence of multicellularity.

[Keywords: Chlamydomonas; miRNA; mRNA cleavage; small RNA; RNAi; RISC]

戚益軍 博士簡介

 

 

 

 

 

北京生命科學研究所研究員

教育經歷

2001 浙江大學分子生物學博士學位
1995 南京農業大學植物病理學學士學位
 
工作經歷

2006-present 北京生命科學研究所研究員
 
2004-2006    美國冷泉港實驗室博士後
 
2001-2004    美國俄亥俄州立大學博士後
 
研究概述：

    RNA幹擾 (RNA interference, RNAi) 是真核生物中的一種普遍現象，它在很多不同的生物過程中起到非常重要的作用。這些過程包括發育調控，抵抗病毒侵染，以及染色質修飾。RNAi的重要特徵包括Dicer切割產生小分子RNA和RNA誘導的沉默結合體 (RNA-induced silencing complex, RISC) 的形成。RISC可以導致轉錄或轉錄後水平的基因沉默。在植物中存在多種RNAi通路，這包括siRNA介導的轉錄後水平的基因沉默，miRNA介導的切割或翻譯抑制和轉錄水平的基因沉默。轉錄水平的基因沉默通常與染色質的修飾（DNA和histone的甲基化）緊密相關。

    我們實驗室綜合遺傳學，分子生物學和生物化學的方法，以擬南芥和衣藻為模式生物，研究中RNAi的作用機理和功能。我們的興趣包括RISC的形成，小分子RNA如何識別和導致同源染色質的修飾，RNAi組分如何在不同通路中特異化，以及小分子RNA在擬南芥和衣藻生長發育過程中的作用。

    RNAi的發現不但拓寬了本實驗室對RNA在基因表達中調控作用的了解，同時給我們提供了研究基因功能的強大工具。我們實驗室也對RNAi在植物功能基因組中的應用有興趣。

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