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水稻中发现新型“基因开关”
特拉华大学的科学家与美国国内外的同事合作,发现了一种新型分子——一种“微型开关”——它可以关闭水稻的基因。水稻是全世界超过半数人口的主要粮食来源。这项发现发表在了3月25日出版的美国《国家科学院院刊》上(原文出处:PNAS,2008,105(12),4951-4956;作者为Cheng Lu, Blake C. Meyers and Pamela J. Green)。
这项研究是由特拉华大学Crawford Greenewalt植物科学教授Pamela Green以及植物和土壤科学副教授Blake Meyers领导的,他们发现的新型分子称为自然反义微RNA(nat-miRNAs),它们是由长度大约20个核苷的短小的核糖核酸(RNAs)组成的。它们的靶标是位于水稻细胞DNA反向链上它们直接面对的基因。
除了发现一种新的遗传开关,以及对其路径和进化获得了一些了解——这对一种养活了世界大多数人的谷物的健康具有重要意义,这项新研究还可能有助于科学家在其他生物中寻找这种新型基因调控因子,包括人类。微RNA(microRNAs)调控着人类30%的基因,因此对于人类健康和发育至关重要。
微RNAs是小分子RNA,在调控细胞过程(包括细胞的发育及其对压力的响应)中扮演着一个关键的角色。这些小分子与特定的信使RNA分子结合,后者携带着给细胞的用于制造特定蛋白质的指令。这种结合通常会导致植物细胞中的信使RNA降解。“当我们发现这些新型分子的时候,我们使用了一种深层测序的手段用来发现新的微RNAs,”Green说。“这些微小的RNA分子是一种特殊的微RNA,它们拥有和靶标‘反义’的配置。这是一个令人激动的发现。我们相信它们可能在许多生物中存在,”她指出。
此前科学家已经在水稻中发现了大约240种微RNAs。利用一种称为大规模平行测序(MPSS)的高通量基因测序技术,特拉华大学的这个科研团队分析了6个水稻样本中的超过400万小分子RNAs,结果找到了24种新的微RNAs,包括一组独特的新分子,称为自然反义微RNAs。
当一个基因即将制造蛋白质的时候,它的双链解旋。第一条链称为“正义”转录本,它产生了携带制造特定蛋白质的配方的信使RNA。然而,另外一条链可能制造出一个互补反义的RNA分子,它们有时候会阻止蛋白质的制造,因此也就关闭了基因,或者说使基因“沉默”。
在这个新发现中,正义信使RNA和反义RNA的运作方式不同,不同的片段相互剪接。这些剪接差异把正义与反义链的配对能力限制在了一个包含了微RNA的小区域内。此外,自然反义微RNA前体的剪接会形成一个发夹结构,而发夹结构是制造任何微RNA所必需的。
Green指出,这类微RNA没有存在于常见的研究用植物拟南芥中。拟南芥是一种双子叶植物——在种子萌发时出现两个叶片(子叶)的一类植物。然而,特拉华大学的研究组在单子叶植物中发现了这种新型的微RNA。单子叶植物是只有一片子叶的植物,例如水稻、玉米和其他谷类植物。
“我们发现了这些新型微RNA,靶点以及正义—反义转录构造保存在单子叶植物中,这表明这种路径至少有5000万年的历史,” Meyers指出。Green说,研究的下一步将是设法理解微RNAs如何帮助水稻响应有害环境状况,诸如干旱或者获得营养物质受限。
此外,特拉华大学的研究组目前正在分析许多植物的小分子RNAs,从而确定这类新的微RNA是否可能存在于更广泛的单子叶植物或其他植物中。“比较基因组学是理解微RNA进化和多样性的一个重要手段,而且它有潜力告诉我们这类自然反义微RNA是在什么时候首先进化出来的,” Meyers说。
来源:科学网

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