复旦大学生命科学学院郑丙莲课题组 在植物 miRNA 领域取得重要研究进展

来源:复旦大学官网 / 作者: / 2017-06-09
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MicroRNA (miRNA) 是一类由内源基因编码的长度约为 21-24 个核苷酸的非编码 RNA 分子,它们通过调控基因表达参与动植物中众多的生长发育和疾病发生。miRNA 的产生在动植物中非常保守,已知 miRNA 由具有颈环结构的初级转录本经过 Dicer 复合物的切割产生的。近年来围绕 Dicer 复合物组分的鉴定及其识别茎环结构底物的分子机制研究进展迅速,但关于 Dicer 复合物本身的调控以及如何整合环境信号来协调 miRNA 产生的精细调控机制仍不清楚。

近日,复旦大学生命科学学院研究员郑丙莲课题组发现植物的 Dicer 复合物受到磷酸酶 PP4/SMEK1 介导的去磷酸化的调控,而且这种调控与植物面临干旱类似的胁迫有关。6 月 5 日,该研究成果发表于《细胞》(Cell) 子刊生物类综合期刊《发育细胞》(Developmental Cell)。

动物中发现 Dicer 复合物主要成员 TRBP 的功能发挥需要 MAPK 通路介导的磷酸化,而植物中 Dicer 复合物主要成员 TRBP 的同源蛋白 HYL1 的功能发挥则需要 CPL1/ 2 介导的去磷酸化。同时二者都被证明在体内容易被降解。那么,动植物中介导 Dicer 复合物组分磷酸化调控的激酶和磷酸酶是否存在保守性?

课题组通过遗传学、生物化学和细胞生物学的手段鉴定了磷酸酶复合物 PP4/SMEK1 通过拮抗 MAPK 的激酶活性介导了 HYL1 的去磷酸化,最终保证植物体内正常的 miRNA 产生。课题组首先发现 smek1 突变体中全基因组范围内的 miRNA 含量显著下降,进一步研究证明 SMEK1 通过稳定 HYL1 蛋白促进 miRNA 的产生。在体内,SMEK1 作为调节亚基与催化亚基 PPX1/PPX2 一起组装成有活性的磷酸酶 PP4 复合物,并证明 HYL1 就是 PP4/SMEK1 的底物。同时,SMEK1 本身作为 MAPK 通路的抑制因子,以双重机制确保 HYL1 的去磷酸化。不同于磷酸酶 CPL1/ 2 可能在特定的发育阶段调节 HYL1 的去磷酸化,PP4/SMEK1 通过整合环境因子协调 miRNA 产生,因为 SMEK1 蛋白本身受到干旱条件下产生的脱落酸 ABA 的显著诱导。这项研究首次在激酶 MAPK 和磷酸酶 PP4/SMEK1 之间建立了联系,为深入研究植物 miRNA 产生和环境因子变化的关系提供了重要线索。同时,鉴于 PP4/SMEK1 复合物在动植物中的高度保守性,课题组的研究为揭示动物中 Dicer 复合物的磷酸酶提供了重要线索。

图注: A, smek1 突变体发育异常; B, smek1 突变体 miRNA 水平下降; C, SMEK1 与 HYL1 互作;D, SMEK1/PP4 复合物共定位;E, 植物 Dicer 复合物组分 HYL1 的磷酸化调控模型。

该研究受到国家基金委“优秀青年基金”和面上项目的资助。论文第一作者为复旦大学生命科学学院博士研究生苏传斌,郑丙莲为论文的通讯作者。郑丙莲入选中组部 2012 年“青年千人计划”,长期从事植物小 RNA 的功能和作用机制研究,已在《基因发育》(Genes & Development)、《植物细胞》(The Plant Cell)、《美国科学公共图书馆 - 遗传学》(PLoS Genetics) 等国际知名期刊发表多篇重要研究论文。

http://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(17)30390-8
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