文档介绍：植物应答盐分逆境MiRNAs的分子特征和生物学功能研究
摘要:植物micRNA(miRNA)24个核苷酸组成的的小分子RNA,micRNA与靶RNA互补配对结合,以降解mRNA或抑制mRNA的翻译,实现基因的负调控。植物在长期的进化过程中,通过诱导某些抵御或防卫途径的关键基因来实现对包括生物和非生物多种逆境胁迫的影响。研究发现,多种逆境均会诱导miRNA的产生,其作用是通过引导目的基因mRNA的降解和阻止其翻译过程来调控靶基因,最终植株通过形态或生理的变化达到对逆境的适应。
关键词:micRNA 逆境胁迫靶基因
自然界中的植物,一方面受到生物胁迫(比如病原菌的侵染),另一方面不可避免地要耐受各种非生物胁迫(比如干旱、干旱、低温和机械力等)。可以想象,早期有很多植物基因被动地受到环境干旱、盐分和温度的调控。长期的进化过程,终于造就了植物适应各种生物和非生物胁迫的机制。虽然在胁迫条件下转录后的基因调控也被证明,但其潜在的机制还不是十分清楚。研究发现胁迫压力能够调节miRNA的水平,功能分析也表明一些miRNA在胁迫中发挥重要的作用。
1、植物miRNA基因的转录
在植物中,miRNA基因通常位于编码基因之间。迄今,在拟南芥基因组中已发现了200多个miRNA基因,在水稻中发现的miRNA基因达到400个。研究表明,同编码基因一样,miRNA基因也通过RNA聚合酶 II 转录,产生miRNA的初级转录产物(pri-miRNA)。多数pri-miRNA和编码基因的转录本一样,具有 3'polyA和 5'帽子结构,部分pri-miRNA中还含有内含子[1-3]
pri-miRNA最重要的特性之一是能形成发夹形状的茎环结构[4]。多数情况下,一个pri-miRNA分子只有一个茎环结构,只能产生一个miRNA。但是在有些情况下,一个pri-miRNA分子可以有两个或两个以上茎环结构,能产生两个或多个miRNA [5]。一般来说,一个miRNA可以来自多个miRNA基因或pri-miRNA。已经发现,miRNA 基因的启动子区域存在核心启动子的特征序列TATA盒(TATA box)和转录起始因子,但由于pri-miRNA本身的非编码性和目前对于miRNA基因启动子研究较少,至今大多数miRNA基因的转录起始位点还无法得到准确确定。
2、植物miRNA 前体的剪切加工
pri-miRNA转录后,被剪切成包含茎环结构的pre-miRNA。pre-miRNA再被进一步加工为成熟的miRNA双链聚合体(miRNA :miRNA*)[1-3, 6]。上述过程与动物中miRNA加工存在差异,表现为动物中第一步剪切发生在核中,由 Drosha蛋白介导;第二步剪切发生在胞质,由Dicer蛋白完成[7]。而植物miRNA的上述加工过程均在细胞核中由Dicer-like I
(DCL1)蛋白复合体介导完成[4, 8]。目前研究表明,pre-miRNA的茎环结构对miRNA成熟序列的精确识别中发挥重要作用。特别是位于成熟miRNA:miRNA*双聚体和环末端之间距离环末端的15-17个碱基序列被认为是加工蛋白精确识别的关键位点。该段序列发生突变,加工的miRNA序列发生偏移[9]。
在植物体内,miRNA前体由DCL1蛋白剪切形成长度为20-24 nt的成熟miRNA