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东京大学研究团队揭示植物次级 siRNA 生物发生启动分子机制
日期:2021-08-31 作者:未知 来源:植物生物技术 点击:
     MicroRNAs(miRNAs)和小干扰 rna(siRNA)对生命领域中广泛的生物学功能的调节至关重要。小 RNA 不能单独发挥作用,但它可以与 Argonaute(AGO)蛋白形成 RNA 诱导沉默复合物(RISCs)以发挥其功能。RISCs 通过碱基互补性与靶标 RNA 结合。当小 RNA 和靶位点之间碱基配对的中心区域互补时,RISCs 通 过 AGO 的内在切片活动切割靶 RNA。即使存在中心错配,RISC 也可以招募额外的调节因子,从而诱导信使 RNA(mRNA)衰变或抑制翻译。
此外,包括植物、真菌和蠕虫在内的许多生物都利用了一种强大的机制来放大最初的 RNA 沉默信号,在这种机制中,初级小 RNA 的靶标 RNA 会触发次级 siRNA的产生。利用 RNA 依赖 RNA 聚合酶(RDR)合成双链 RNA(dsRNA)是二级小干扰RNA(siRNA)生物发生的关键步骤。RDR 介导的 dsRNA 产生和随后的 Dicer 介导的加工触发了沉默从装载初级小 RNA 的 RISC 靶向的初始切割位点向位于目标转录本中 5′或 3′的侧翼序列扩散。内源性基因表达的调控以及对病毒和转座子的防御需要产生次级 siRNA。然而,RDR 如何特异性地将初级小 RNA 的靶标转化为双链 RNA(dsRNA)中间产物仍不清楚。
  近日,PNAS 杂志在线发表了东京大学定量生物科学研究所 Yuriki Sakurai团队题为“Cell-free reconstitution reveals the molecular mechanisms for the initiation of secondary siRNA biogenesis in plants”的研究论文,他们开发了一个体外系统,成功地再现了植物内源性次级 siRNA 生物发生途径,揭示了 phasi/tasiRNA 生物发生的关键机制。
  PhasiRNA 是调控植物发育和胁迫反应的植物次级 siRNAs,tasiRNA 是phasiRNA 的一个亚型,这些次生 siRNA 在植物中具有重要的生理意义。在该研究中,他们重新构建了烟草无细胞系统中的 tasiRNA 生物发生途径,并允许对该途径进行解剖。利用这个系统,他们证明了四种植物因子的结合促进了 RDR6 对 靶 RNA 的物理招募,他们发现 dsRNA 结合白 SUPPRESSOR OF GENE SILENCING3 (SGS3)、人类 mRNA 输出因子同源物 SILENCING DEFECTIVE5(SDE5)、初级小RNA 和 Argonaute 是将 RDR6 物理募集到靶向 RNA 所必需的。此外,他们发现从模板 RNA 中去除 poly(A)尾极大地提高了 RDR6 在 TAS3 和 TAS1 tasiRNA 生物发生途径中合成 dsRNA 的效率,但不会增强 RDR6 的募集。这可以通过在带有适当错配的第二个小 RNA 结合位点处进行切割来实现。重要的是,当第二个靶位点的碱基配对互补性太强时,小 RNA Argonaute 复合物会留在切割位点,从而阻止RDR6 启动 dsRNA 合成。他们还发现 miR390 与 3′端结合位点之间进化上保守的错配对于通过促进 AGO7-RISC 从切割位点的快速释放来启动 dsRNA 合成至关重要。本研究为植物 RDR 介导的次级 siRNA 生物发生机制提供了理论依据,数据阐明了植物次生 siRNA 生物发生所必需的分子事件。
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