国立中兴大学：microRNA827的靶基因在植物界的进化

　　

microRNAs（miRNAs）为长度20~24nt的非编码RNA，是参与植物和动物许多生理和发育过程的重要调节因子。植物miRNA识别大部分存在于编码序列（CDS）中的几乎互补的序列，靶向导致RNA剪切或翻译抑制。因此，当预测miRNA靶标时，需考虑诸如靶位点的位置，紧密物种中的靶基因的保守性，miRNA和靶基因的表达谱，靶位点的二级结构和结合miRNA所需的能量等因素。

microRNA827（miR827）不同于大多数保守靶向物种间同源基因的microRNAs，它们靶向两种不同类型的SPX（SYG1/PHO81/XPR1）——含有此结构域的基因，氮限制适应（NLA）和植物磷酸盐转运蛋白5（PHT5）在拟南芥和水稻中分别调节磷酸盐（Pi）的运输和储存，表明其可能在种子植物进化过程中保留了其靶基因偏好。然而，miR827如何改变其靶标的偏好及其进化史仍然未知。

本研究选择来自6个科的12个种来分析miR827和miR399的表达：十字花科的拟南芥生态型Columbia（Col-0）和芸苔，番木瓜科的番木瓜，茄科的番茄和本氏烟，葫芦科的西瓜，豆科的蒺藜苜蓿、菜豆和大豆，禾本科的水稻、短柄草和玉米。用充足的磷酸盐（Pi）（+ Pi，250μM）或Pi（ΔPi，0μM）缺乏的0.59 Hoagland’s 营养液处理以上植物幼苗5天。根据实验需要取相关部位（幼芽、根）中分离提取RNA备用。

基于目标预测分析，本研究发现在大多数被子植物中，miR827保守地靶向PHT5同系物，但是在十字花科和醉蝶花科中它优先靶向NLA同源物，并且本研究提供了在十字花科进化期间靶标偏好转变的证据。有趣的是，本研究在豆科植物中发现了miR827调控模块的谱系特异性丧失。在拟南芥中分析miR827介导的切割效率和PHT5的表达，结果表明通过在靶位点积累突变并去除靶位点从而改变转录起始，消除了miR827靶向PHT5。

本研究确定了植物进化过程中miR827靶标偏好的转变，并揭示了保守植物miRNAs中miR827介导的调控独特性。尽管其靶标偏好发生改变，但Pi饥饿对miR827的上调及其调节细胞Pi稳态的作用均被保留。

 
图miR827的进化史及其靶点

本研究表明，虽然miR827响应磷酸盐饥饿的上调在多种植物物种中是保守的，其靶向偏好在十字花科和醉蝶花科物种形成期从PHT5转换为NLA。NLA是十字花科物种中的靶基因，参与调节质膜中的Pi摄取，而PHT5是非十字花科物种中的靶基因，介导液泡中Pi的跨膜运输。有趣的是，NLA和PHT5基因都编码含N-末端SPX结构域的蛋白质，并在其5’非翻译区（UTR）中含有miR827靶位点。因此，尽管在进化过程中miR827的靶标发生了变化，但两种靶基因在基因结构上具有一定的相似性，并且通过不同的机制参与调节细胞内磷的平衡。本研究揭示了植物保守miRNA家族中miR827介导的调控的进化历史和独特性。

 
图 PHT5和NLA中miR827靶位点的共有序列

参考文献
Lin W Y, Lin Y Y, Chiang S F, et al. Evolution of microRNA827 targeting in the plant kingdom[J]. New Phytologist, 2018, 217(4).

本研究中的降解组测序由联川生物提供

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