拟南芥中发现调节小RNA生成新元件
生物通，2012-11-22
MicroRNAs是多细胞生物体遗传程序的重要调控者。由于它们具有强大的作用，其自身的生成也受到严密地控制。来自德国马克思•普朗克发育生物学研究所的科学家们在新研究中获得了关键的研究发现。他们在拟南芥(阿拉伯芥，thale cress)中发现了一个调节micro RNAs生成的新元件，通过去除一种micro RNA生物合成酶上的磷酸基团来发挥作用。它有可能像开关转换一样快速，使得植物能够适应不断变化的环境。
在这项研究中，科学家们利用先进的成像技术轻易地检测到了有microRNA活性缺陷的植物，采用全基因组测序迅速鉴别出了新突变。研究发现在线发表在11月9日的《细胞》（Cell）杂志上。
细胞似乎阻碍了自身阅读DNA，在这一过程中细胞核中的DNA转录生成移动的mRNA，随后mRNA被运送到细胞质中作为蛋白质生成的蓝图。同时，细胞生成micro RNAs，通过与特异的mRNA结合能够阻断蛋白质生成或甚至启动破坏蛋白质合成。但细胞为何要在启动一个如此费力的过程后又立即终止它呢？论文的第一作者、马克思•普朗克发育生物学研究所博士后Pablo Manavella 说：“嗯，答案在于细胞必须在蛋白质生成和避免过量之间获得一个微妙的平衡。一旦mRNA的转录被激活，它就会相当的稳定。如果你需要快速终止它，借助诸如micro RNAs等调控机制能够拦截这一过程。“这一研究是与来自图宾根大学植物分子生物学（ZMBP）中心和蛋白质组中心的科学家们协作完成。
从前体生成micro RNAs，这一过程已经被广泛地展开研究，尤其是在动物细胞中。“植物中的Micro RNAs的进化平行且独立。我们不得不假定它们是通过不同的方式进行加工处理的，”Pablo Manavella解释说。
科学家们采用了一种系统性的方法研究了拟南芥细胞中micro RNAs的活性。首先，他们开发了一个基于萤火虫生物发光蛋白荧光素酶的报告系统；将荧光素酶基因整合到植物细胞中。其次，科学家们将包含人造的能特异性抑制荧光素酶的micro RNA 前体的DNA片段插入到植物基因组中。尽管包含编码荧光素酶的基因，这些植物最初并没有发射光线。在一个大规模的实验中，科学家们在成千上万的植物中引发了非特异性的突变。借助一种特殊的高灵敏度相机将少数发光的植物挑选出来。“在所有这些单个植物中，部分的micro RNA信号通路受损因此通过人造micro RNA不再能够沉默荧光素酶，”Pablo Manavella说。
为了确定导致荧光素酶沉默失败的基因，科学家们利用了马克思•普朗克研究所开发的一种新技术，借助于全基因组序列分析使得他们能够快速检测因果突变causal mutation）。“就是在几年前，这一项目也很难在两年之内完成。而现在，全基因组测序成为了一种快速且廉价的方法。将荧光素酶活性筛查测试与全基因组测序相结合，我们能够将研究的周期从数年缩短到几个月，”Pablo Manavella解释说。在所获得的突变中，科学家们确定了磷酸酶CPL1是microRNA生物合成信号通路的一个关键元件。这一蛋白通过去除信号通路中的一个主要辅因子(co-factor )HYL1的磷酸残基，破坏了micro RNAs生成。一旦生成这些micro RNAs，它们就会与对应的mRNA结合，终止蛋白质合成。
“我们确定了一个能够调控这些调控子活性的因子，”Pablo Manavella概述他们的结果说道。Micro RNAs只代表了许多遗传调控机制其中的一种，然而以一种开关的方式它们为例如在许多发育过程中不断改变的需求提供了快速高效的应答。一般来说，植物中的micro RNAs比动物中的更为特异，科学家们说：“当面临压力情况时，植物不能逃跑。因此，它们需要快速的途径调控自身基因以适应这样的状况。”（来源：生物通 何嫱）
