近日，浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院王智燁課題組在Plant Communications發(fā)表題為“Unfolding of RNA secondary structure impairs RNA stability to fine-tune phosphate starvation responses in rice roots”的研究成果，揭開(kāi)了RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)（RSS）這一“隱藏密碼”在水稻缺磷脅迫響應(yīng)中的調(diào)控作用。浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院王智燁研究員為該論文通訊作者，博士后金瓊莉?yàn)槲恼碌谝蛔髡摺?/p>

課題組首先采用優(yōu)化的水稻體內(nèi)RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)（DMS-MaPseq），成功繪制出正常培養(yǎng)、缺磷和缺氮脅迫條件下水稻根組織的高質(zhì)量、高覆蓋度體內(nèi)RSS圖譜，系統(tǒng)解析了不同養(yǎng)分逆境脅迫下RSS的動(dòng)態(tài)變化特征。分析結(jié)果表明，缺磷脅迫可誘導(dǎo)水稻全轉(zhuǎn)錄組范圍內(nèi)的RSS解折疊，并伴隨RNA結(jié)構(gòu)多樣性的顯著增加。課題組鑒定出幾千個(gè)缺磷特異響應(yīng)的RSS解折疊區(qū)域。這類RSS變化區(qū)域整體呈現(xiàn)低GC含量和高自由能水平的特征，且大量富集于磷饑餓響應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄本的編碼區(qū)（CDS區(qū)）。這些結(jié)果讓科研團(tuán)隊(duì)猜測(cè)，RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化很可能在水稻缺磷脅迫響應(yīng)中發(fā)揮廣泛調(diào)控功能。

為驗(yàn)證這一猜測(cè)，課題組開(kāi)展了多維度的組學(xué)及功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。研究首先結(jié)合翻譯組數(shù)據(jù)分析，證實(shí)缺磷特異響應(yīng)的RSS解折疊與基因翻譯效率之間總體并無(wú)顯著相關(guān)性，排除了其翻譯調(diào)控這一潛在途徑。隨后，課題組通過(guò)全轉(zhuǎn)錄組RNA降解實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，缺磷脅迫可顯著縮短水稻根組織中全轉(zhuǎn)錄組RNA的半衰期。在此基礎(chǔ)上的組學(xué)比較分析表明，缺磷特異響應(yīng)的RSS解折疊與RNA穩(wěn)定性下降存在顯著相關(guān)性。為驗(yàn)證這一關(guān)聯(lián)的因果關(guān)系，課題組利用RSS突變體轉(zhuǎn)基因水稻開(kāi)展功能驗(yàn)證，證實(shí)缺磷特異響應(yīng)的RSS解折疊可直接降低磷饑餓響應(yīng)轉(zhuǎn)錄本的RNA穩(wěn)定性，進(jìn)而參與水稻缺磷脅迫響應(yīng)和磷穩(wěn)態(tài)的精細(xì)調(diào)控。

水稻體內(nèi)RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化介導(dǎo)缺磷脅迫響應(yīng)的功能解析