复旦大学郑丙莲等人PLOS发表microRNA研究成果

　　

生物通报道：套索RNA（Lariat RNA）是剪接的副产物，可被RNA脱支酶1（DBR1）降解，从而导致它们的转化。在动物和植物中，无效的dbr1突变体是胚胎致死性的，但是根本的致死机理仍然是不明确的。11月21日，在国际著名遗传学期刊《PLOS Genetics》在线发表的一项研究中，来自复旦大学、昆明理工大学、中科院上升植物生理和生态学研究所等处的研究人员，描述了拟南芥中一个弱的DBR1突变等位基因dbr1-2，并发现，伴随着全基因组范围的miRNA积累减少，套索RNA出人意料的发生了总体增长。复旦大学生命科学学院的郑丙莲教授和昆明理工大学生命科学与技术学院的郑云博士，是本文共同通讯作者。

在高等真核生物中，mRNA前体（pre-mRNA）的剪接——基因表达的一个关键步骤，包括两个催化步骤。在第一个步骤中，5’剪接位点并裂解，同时内含子的5′端通过形成一个磷酸二酯键而与分支核苷酸连接。这会导致包含5’外显子和3’外显子的套索RNA前体的生产。在第二步中，套索前体在3’剪接位点被裂解，两个外显子被结扎以产生mRNA。切除的内含子套索RNA是线性化的，以通过一个RNA脱支酶（DBR1）而被降解。

DBR1最初是在一项旨在“确定参与Ty1逆转录转座子转换的宿主细胞因子”的研究中，从芽殖酵母（Saccharomyces cerevisiae）中鉴定出来的。酿酒酵母的dbr1Δ突变体具有降低的Ty1转换频率，并显示出套索RNAs的积累增加。DBR1对于酿酒酵母的细胞活力并非不可或缺。然而，在裂殖酵母（酿酒酵母）中的dbr1Δ突变体，表现出严重的生长缺陷。此外，在拟南芥和小鼠中的dbr1突变体是胚胎致死的。DBR1是真核细胞中的一个单拷贝基因，从植物或动物中分离出来的DBR1同系物，能补充裂殖酵母dbr1突变体，从而表明DBR1的功能是保守的。

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microRNA（miRNA）是一类21-24nt的小分子RNA，是从内源性的茎环转录本产生的。miRNA的生物合成始于初级miRNA（pri-miRNA）的加工，其中包含一个发夹结构，被切割复合物切割两次，从而产生成熟的miRNA。DCL1和HYL1，连同pri-miRNA，被共定位在核切割体中，并且HYL1有利于DCL1的结合，以提高miRNA加工的效率和精度。

以前的研究结果表明，在动物中，DBR1是mirtron miRNA生物合成所需的，在那里它不依赖于微处理器的切割。在胚胎中，mirtron miRNA的存在，可能有助于无效dbr1突变体的胚胎致死。然而，在植物中还没有对mirtron miRNA进行功能验证。此外，先前的研究表明，在酵母中，DBR1是内含子snoRNA生物合成所必需的，但植物snoRNA是来自于一个内含子或无内含子的背景，这表明，DBR1参与snoRNA的生物合成，不足以解释DBR1在胚胎发育过程中的重要作用。

在这项研究中，研究人员报道称，套索RNAs可抑制拟南芥中总体的miRNA生物合成，从而可能解释了套索RNA过度积累的不利影响。该研究小组提供的证据表明，套索RNA的过度积累，可引起拟南芥全基因组范围的miRNAs减少，并表明套索RNA与DCL1/HYL1切割复合物关联以与pri-miRNA竞争。此外，该研究表明，在野生型植株中存在数百个套索RNA，从而暗示这些套索RNA可能是生物学相关的。鉴于在胚胎干细胞中观察到了套索RNA，以及套索RNA充当RNA结合蛋白诱饵的证据，因此研究人员建议，套索RNA的功能是作为切割复合物的诱饵，以保持适当的pri-miRNA加工。

（生物通：王英）

注：郑丙莲教授，1998年本科毕业于华中师范大学，2001年获华中师范大学硕士学位，2006年博士毕业于中科院遗传与发育生物学研究所，2006年至2011年在美国加州大学河滨分校和伯克利分校从事博士后研究，2012年被聘为复旦大学生命科学学院研究员。主要从事植物非编码RNA的生物学研究。2012年入选中组部 “青年****”， 2013年得到上海市“浦江人才”计划的资助，2014年得到基金委“优秀青年科学基金项目”的资助。

郑云，1998年本科毕业于北京航空航天大学， 2007年博士毕业于新加坡南洋理工大学。他从2005年12月到2006年8月在新加坡国立大学担任Research Fellow，从2006年8月至2009年1月在美国圣路易斯华盛顿大学任Research Associate从事博士后研究。2009年1月至2013年8月任复旦大学发育生物学研究所副教授，PI。郑云博士于2013年8月加入昆明理工大学，任生命科学与技术学院生物信息实验室PI。主要研究领域包括microRNA介导的基因调控的相关计算机算法，Gene Ontology，信号通路，基因组学，转录组学，机器学习和计算学习的理论基础。

生物通推荐原文摘要：
Intron Lariat RNA Inhibits MicroRNA Biogenesis by Sequestering the Dicing Complex in Arabidopsis
Abstract：Lariat RNAs formed as by-products of splicing are quickly degraded by the RNA debranching enzyme 1 (DBR1), leading to their turnover. Null dbr1 mutants in both animals and plants are embryo lethal, but the mechanism underlying the lethality remains unclear. Here we characterized a weak mutant allele of DBR1 in Arabidopsis, dbr1-2, and showed that a global increase in lariat RNAs was unexpectedly accompanied by a genome-wide reduction in miRNA accumulation. The dbr1-2 mutation had no effects on expression of miRNA biogenesis genes or primary miRNAs (pri-miRNAs), but the association of pri-miRNAs with the DCL1/HYL1 dicing complex was impaired. Lariat RNAs were associated with the DCL1/HYL1 dicing complex in vivo and competitively inhibited the binding of HYL1 with pri-miRNA. Consistent with the impacts of lariat RNAs on miRNA biogenesis, over-expression of lariat RNAs reduced miRNA accumulation. Lariat RNAs localized in nuclear bodies, and partially co-localize with HYL1, and both DCL1 and HYL1 were mis-localized in dbr1-2. Together with our findings that nearly four hundred lariat RNAs exist in wild type plants and that these lariat RNAs also associate with the DCL1/HYL1 dicing complex in vivo, we thus propose that lariat RNAs, as decoys, inhibit miRNA processing, suggesting a hitherto unknown layer of regulation in miRNA biogenesis.