生命學(xué)院戚益軍研究組報(bào)道葉綠體逆行信號(hào)調(diào)控?cái)M南芥microRNA生成的重要機(jī)制

清華新聞網(wǎng)12月29日電 12月27日，清華大學(xué)生命學(xué)院植物生物學(xué)研究中心戚益軍研究組在《發(fā)育細(xì)胞》（Developmental Cell）在線(xiàn)發(fā)表了題為“葉綠體到細(xì)胞核逆行信號(hào)調(diào)控?cái)M南芥microRNA生成”（Chloroplast-to-Nucleus Signaling Regulates MicroRNA Biogenesis in Arabidopsis）的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)了葉綠體逆行信號(hào)可以調(diào)控?cái)M南芥microRNA（miRNA）的生成，并揭示了該調(diào)控機(jī)制在擬南芥耐熱性獲得方面的重要作用。

葉綠體逆行信號(hào)通路調(diào)控核內(nèi)miRNA生成

miRNA是一類(lèi)長(zhǎng)約21個(gè)核苷酸的內(nèi)源小RNA，它們從其前體（primary miRNA, pri-miRNA）在細(xì)胞核內(nèi)被Dicer-like 1 (DCL1)加工產(chǎn)生，與效應(yīng)蛋白Argonaute1結(jié)合后通過(guò)切割靶標(biāo)mRNA或抑制翻譯等方式調(diào)節(jié)基因表達(dá)。葉綠體是植物細(xì)胞重要的細(xì)胞器。它不僅是光合作用的中心，而且是植物感受內(nèi)源和外界環(huán)境刺激的感受器之一。葉綠體可以利用代謝過(guò)程中產(chǎn)生的小分子，通過(guò)逆行信號(hào)通路將環(huán)境刺激傳遞至細(xì)胞核，調(diào)控核內(nèi)基因表達(dá)。

在這項(xiàng)研究中，研究者通過(guò)正向遺傳篩選獲得到了一個(gè)嚴(yán)重影響miRNA產(chǎn)生的突變體CUE1。CUE1是一個(gè)定位于葉綠體內(nèi)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，它可以將化合物PEP轉(zhuǎn)運(yùn)至葉綠體內(nèi)并通過(guò)Shikimate 通路代謝產(chǎn)生三種芳香族氨基酸 (Tyr, Phe, and Trp)。遺傳學(xué)分析表明，三種芳香族氨基酸中的Tyr，而不是Phe和Trp，為miRNA的積累所必需。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，Tyr通過(guò)生成下游代謝產(chǎn)物維生素E調(diào)控miRNA生成。

戚益軍研究組隨后深入研究了維生素E調(diào)控miRNA生成的作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)維生素E可通過(guò)葉綠體逆行信號(hào)分子PAP，抑制核內(nèi)RNA外切酶XRN2的活性，使得pri-miRNA 免于降解，從而促進(jìn)miRNA的生成。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)miRNA通路的逆行信號(hào)調(diào)控模式對(duì)于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(hào)通路可調(diào)控細(xì)胞核內(nèi)miRNA的生成，這對(duì)理解葉綠體逆行信號(hào)通路和miRNA通路的調(diào)控機(jī)制都具有重要意義。

清華大學(xué)生命學(xué)院植物生物學(xué)研究中心博士后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(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心提供經(jīng)費(fèi)支持。

文章鏈接：

https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(18)31030-X

供稿：生命學(xué)院 編輯：華山 審核：襄楠