MicroRNA（miRNA）作為一類關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子，在動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育、生殖及環(huán)境應(yīng)答等多個(gè)生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮重要調(diào)控作用。miRNA的穩(wěn)態(tài)水平受到轉(zhuǎn)錄、加工及降解等多個(gè)層次的精密調(diào)控。盡管當(dāng)前對(duì)miRNA的生物生成機(jī)制已有較為系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，但關(guān)于其在細(xì)胞內(nèi)如何維持穩(wěn)態(tài)以及降解調(diào)控的分子機(jī)制，仍存在諸多未解之謎。

近日，復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院任國(guó)棟研究員團(tuán)隊(duì)在國(guó)際植物學(xué)知名期刊

The Plant Cell

Characterization of the miRNA turnover landscape and its regulation in Arabidopsis

為系統(tǒng)解析miRNA的周轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)，研究人員采用了兩種互補(bǔ)的技術(shù)手段對(duì)全基因組小RNA穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析：（1）轉(zhuǎn)錄抑制結(jié)合OX-sRNA-seq：利用蟲(chóng)草素抑制轉(zhuǎn)錄起始，結(jié)合高碘酸鈉氧化法特異性捕獲帶3’末端甲基化修飾的成熟小RNA；（2）非毒性代謝標(biāo)記脈沖追蹤（pulse-chase）：采用5-乙炔基尿苷（5-EU）代謝標(biāo)記策略，在無(wú)毒性干擾下對(duì)miRNA周轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行驗(yàn)證。研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥中大多數(shù)miRNA具有高度穩(wěn)定性，約2/3的miRNA半衰期超過(guò)48小時(shí)；而包括miR168和miR398在內(nèi)的一部分miRNA，以及絕大多數(shù)miRNA*鏈，則表現(xiàn)出快速周轉(zhuǎn)特征，半衰期較短。進(jìn)一步分析證實(shí)，效應(yīng)蛋白AGO1和甲基轉(zhuǎn)移酶HEN1在維持miRNA全局穩(wěn)定性中發(fā)揮普遍性保護(hù)作用。

通過(guò)對(duì)RNA降解相關(guān)突變體的篩選，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，他們此前報(bào)道的在模擬靶標(biāo)介導(dǎo)的miRNA靶向降解途徑的核心基因HWS（Mei et al., 2019），正是調(diào)控短半衰期miRNA快速降解的關(guān)鍵因子。研究人員進(jìn)一步揭示了HWS介導(dǎo)miRNA降解的生理意義。在銅離子或甲基紫精誘導(dǎo)的氧化脅迫條件下，植物通過(guò)轉(zhuǎn)錄抑制與HWS介導(dǎo)的miR398清除雙重機(jī)制，迅速解除其對(duì)靶基因CSD1和CSD2的抑制，從而增強(qiáng)抗氧化能力，減輕氧化損傷。此外，在磷饑餓條件下，HWS還介導(dǎo)了miR399的加速降解，參與維持植物磷穩(wěn)態(tài)。

圖1. HWS促進(jìn)短半衰期miRNA降解。A. 轉(zhuǎn)錄抑制結(jié)合OX-sRNA-seq實(shí)驗(yàn)流程圖。 COR：Cordycepin，蟲(chóng)草素。B&C. 熱圖展示部分 miRNA 在轉(zhuǎn)錄抑制不同時(shí)間后的豐度變化。D. 累積分布曲線展示轉(zhuǎn)錄抑制12小時(shí)后miRNA和miRNA*在野生型及hws-6中的豐度變化。

綜上，該研究首次在基因組尺度上系統(tǒng)描繪了植物miRNA的動(dòng)態(tài)周轉(zhuǎn)圖譜，確立了HWS作為選擇性清除特定短壽命miRNA的關(guān)鍵調(diào)控因子。結(jié)合課題組前期研究，推測(cè)HWS可能通過(guò)識(shí)別“AGO1-miRNA-模擬靶標(biāo)”三元復(fù)合物，觸發(fā)靶向降解途徑。相關(guān)發(fā)現(xiàn)不僅深化了我們對(duì)植物miRNA穩(wěn)態(tài)維持機(jī)制的認(rèn)識(shí)，也為未來(lái)探索miRNA動(dòng)態(tài)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及其在環(huán)境應(yīng)答中的功能提供了重要理論基礎(chǔ)。

復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士畢業(yè)生方宜瀟、博士后樊友宏及棗莊學(xué)院講師李寧（原復(fù)旦大學(xué)博士后）為該論文的共同第一作者；復(fù)旦大學(xué)任國(guó)棟研究員與浙江理工大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)藥學(xué)院梅俊副教授擔(dān)任共同通訊作者。鄭丙蓮教授為本項(xiàng)研究提供了重要支撐。該工作得到了上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koag052