北大,中科院最新Nature子刊揭示miRNA的新调控作用

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2017年2月13日 来源:生物通

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  中科院遗传与发育生物学研究所,北京大学生科院的研究人员发现了一个单子叶植物所特有的、受RSV侵染抑制的水稻负调控抗病因子miR528,这项研究揭示了miR528及其调控的靶基因在水稻与病毒相互作用过程中的抗病机制。

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  生物通报道:中科院遗传与发育生物学研究所,北京大学生科院的研究人员发现了一个单子叶植物所特有的、受RSV侵染抑制的水稻负调控抗病因子miR528,这项研究揭示了miR528及其调控的靶基因在水稻与病毒相互作用过程中的抗病机制。

这一研究成果公布在Nature Plants杂志上,文章的通讯作者为北大生命科学学院李毅教授、中科院遗传发育所曹晓风研究员,李毅课题组的博士后吴建国博士、曹晓风院士课题组的博士后杨荣新博士以及北京大学博士研究生杨志蕊同学为论文的共同第一作者。

miRNA在植物与病原微生物之间的相互作用过程中发挥着重要的调节作用。通常成熟的miRNA会进入AGO蛋白组成的剪切复合体(RISC),通过指导靶mRNA的剪切或抑制蛋白质翻译而负调控基因表达。之前的研究表明水稻AGO18蛋白能够结合特异性结合miRNA成员,参与到水稻条纹叶枯病毒(RSV)的抗性反应过程,但AGO18并不具有mRNA剪切功能,因此,AGO18如何通过结合特异miRNA影响水稻抗RSV的机制值得探究。

在这篇文章中,研究人员运用分子生物学、遗传学以及生物信息学等手段,发现了一个单子叶植物所特有的、受RSV侵染抑制的水稻负调控抗病因子miR528, miR528能够被AGO18竞争性结合,抑制miR528进入RISC剪切复合体,从而释放miR528的靶mRNA AO,抗坏血酸氧化酶AO通过调节植物体内的氧化还原稳态,从而促进植物体内活性氧(ROS)的积累进而启动下游的抗病毒通路。该研究揭示了miR528及其调控的靶基因在水稻与病毒相互作用过程中的抗病机制。

水稻作为重要的粮食作物长期以来受到多种病毒病的侵害,在实际中缺乏有效的控制方法。虽然,在模式植物抗病毒免疫方面有较多的研究。但是,对于单子叶禾本科作物的研究很少。

这一研究组先前的研究发现水稻AGO18蛋白能够通过竞争性结合miR168来保护AGO1,然后AGO1结合vsiRNA对病毒基因组RNA进行沉默,从而增强水稻的抗病毒防御反应,该发现于2015年2月在线发表于eLife杂志上。基于对AGO18的研究,这项研究发现单子叶植物特有的miR528能够通过被AGO18竞争性结合,从而释放靶基因抗坏血酸氧化酶(AO),AO通过氧化抗坏血酸调节植物体内的氧化还原稳态,从而促进植物体内活性氧族(ROS)的积累启动下游的抗病毒通路。该研究成果进一步证明水稻AGO蛋白在水稻抗病毒防御中的重要作用,并且揭示了植物抗病毒防御网络的复杂与多样性,对于推进理解宿主通过RNA沉默抗病毒机理以及今后培育广谱抗病毒作物品种具有重要意义。

作者简介:

李毅

教育经历
1988—1992   西德联邦生物研究中心,生物化学和植物病毒学研究所从事博士论文研究,同年在中科院微生物研究所获得博士学位
1983—1986   获西北农林科技大学硕士学位
1979—1983   获西北农林科技大学学士学位


工作经历
1997年10月—至今,教授,博士生导师,北京大学生命科学学院
2001年8月—2003年7月,访问学者,美国加州大学贝克莱分校
2000年2月—2000年5 月,从事合作研究,美国Samuel Noble Foundation
1997年1月—1997年8 月,从事合作研究,德国联邦生物研究中心
1994年—1997年,副教授,北京大学生命科学学院
1992年—1994年,博士后,北京大学生命科学学院

科研领域描述
实验室主要兴趣在于:
病毒与植物宿主的相互作用以及病毒侵染对宿主发育的影响和致病机制;
植物宿主对病毒的防御机制与病毒的反防御机制;
病毒与传播介体昆虫宿主的相互作用以及介体传播病毒机制;
病毒对昆虫介体免疫系统的干扰和介体的抗病毒免疫机制。

曹晓风 博士,研究员,博士生导师。

学习经历:(从大学开始)
1984-1988 北京大学生物系 学士
1988-1991 中国农业大学生物学院 硕士
1993-1997 北京大学生命科学学院 博士

工作经历
1991-1993 北京大学生命科学学院 助教
1993-1997 北京大学生命科学学院 讲师
1995-1996 英国John Innes Centre 访问学者
1997-1998 美国华盛顿州立大学生化研究所 博士后
1999-2003 美国加州大学洛杉矶分校 助理研究员
2003-今 中科院遗传与发育生物学研究所 研究员

获奖情况
2008年获得美国杜邦青年科学家奖
2006年“百人计划”终期评估中获得优秀
2003年获国家杰出青年基金
2002年入选中科院“百人计划”

主要研究领域
表观遗传学(Epigenetics) 指的是研究基因功能的变化,这种变化在有丝分裂和/或减数分裂中是可以遗传的,与一般遗传学不同的是,所研究的基因不存在DNA序列上的改变。从广义上讲,表观遗传学控制基因功能主要包括以下三个方面:基因本身的DNA甲基化;基因所在的核小体上的组蛋白的共价修饰、染色质核小体的重塑和核小体变种以及近年来发现的小分子RNA介导的转录和转录后水平的基因沉默。随着表观遗传调控机理研究的深入和相关研究技术的突破,在基因组水平上研究各种植物、不同发育阶段和各种生长条件的表观遗传图谱的表观遗传组学正在蓬勃兴起,为揭示高等植物生长发育的分子机理提供了新手段和新思路。本实验室运用拟南芥和水稻为材料,研究组蛋白修饰以及小的非编码RNA如何影响基因表达以及植物发育,主要研究方向为组蛋白甲基化对拟南芥开花时间的调控和水稻小RNA合成调控及其对植物发育的机理研究。

原文摘要:

ROS accumulation and antiviral defence control by microRNA528 in rice

MicroRNAs (miRNAs) are key regulators of plant–pathogen interactions. Modulating miRNA function has emerged as a new strategy to produce virus resistance traits1,​2,​3,​4,​5. However, the miRNAs involved in antiviral defence and the underlying mechanisms remain largely elusive. We previously demonstrated that sequestration by Argonaute (AGO) proteins plays an important role in regulating miRNA function in antiviral defence pathways6. Here we reveal that cleavage-defective AGO18 complexes sequester microRNA528 (miR528) upon viral infection. We show that miR528 negatively regulates viral resistance in rice by cleaving L-ascorbate oxidase (AO) messenger RNA, thereby reducing AO-mediated accumulation of reactive oxygen species. Upon viral infection, miR528 becomes preferentially associated with AGO18, leading to elevated AO activity, higher basal reactive oxygen species accumulation and enhanced antiviral defence. Our findings reveal a mechanism in which antiviral defence is boosted through suppression of an miRNA that negatively regulates viral resistance. This mechanism could be manipulated to engineer virus-resistant crop plants.

 

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