南科大翟继先团队报道22-nt siRNA加工和功能机制
2020年11月05日 科研新闻 浏览量 :377

近日,南方科技大学生物系副教授翟继先团队与中国农业科学院作物科学研究所刘斌团队合作,在《植物细胞》(The Plant Cell)杂志发表了以“Soybean DCL2 regulates seed coat color via the production of primary 22-nt siRNAs from long inverted repeats”为题的研究论文。该研究系统解析了大豆DCL2依赖的22-nt小RNA的加工和功能机制,发现大豆DCL2主要负责切割含长的反向重复序列(LIR)的转录本,生成22nt siRNA(small interfering RNA),并在调节大豆种皮颜色中发挥重要的作用。

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小RNA,包括miRNA(microRNA)和siRNA,是一类由Dicer-like(DCL)蛋白切割产生的长度通常为21-24nt的短的RNA分子。它能靶向mRNA并使靶标mRNA降解,负向调控基因表达。与其他小RNA不同,植物22-nt小RNA具有激发次级siRNA产生以进一步增强沉默效率的独特能力。尽管依赖DCL2的22-nt siRNA在拟南芥中很少见,但它们在许多主要农作物(如大豆和玉米)中累积量很高。这些内源22-nt siRNA是如何产生的,以及它们在正常生长条件下是否具有重要功能,仍不清楚。

研究团队合作利用CRISPR-Cas9基因组编辑技术同时敲除了天隆1号大豆品种中两个DCL2的同源基因,GmDCL2aGmDCL2b。小RNA测序表明,22-nt siRNA在Gmdcl2a/2b双突变体中缺失。通过对天隆1号参考基因组的从头组装和转录组分析,研究团队发现大多数22-nt siRNA来自长的反向重复序列(LIR),其中查尔酮合酶(CHS)基因CHS1和CHS3形成的LIR定位在一个种皮高表达基因的内含子中。该LIR能产生22-nt siRNAs,靶向其它CHS家族基因并触发次级21-nt siRNA的产生。Gmdcl2a/2b突变体中22-nt siRNAs和次级的21-nt siRNAs无法生成,导致种皮中CHS mRNA的累积量显著增加,大豆种皮颜色从黄色变为棕色。这些结果表明,大豆中的内源性LIR转录本主要由GmDCL2s加工成22 nt siRNA,揭示了DCL2在调节自然性状中具有重要作用,并为改良大豆外观品质提供了新思路。

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DCL2依赖的22-nt siRNA调节大豆种皮颜色

南方科技大学为该论文第一单位,翟继先与中国农科院刘斌研究员为该论文的共同通讯作者。南方科技大学研究助理教授贾津布和中国农科院博士毕业生姬荣桓为该论文共同第一作者。美国唐纳德植物科学中心教授Blake C. Meyers和华南农业大学教授夏瑞参与了工作。该研究得到了基金委,广东省创新创业团队,深圳市科创委, 中国农科院创新工程等项目的资助。

 

原文链接:http://www.plantcell.org/content/early/2020/10/19/tpc.20.00562

 

 

供稿:生物系

文字/图片:贾津布

通讯员:付文卿

编辑:吴一敏

主图设计:丘妍



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