中科院杰青郭惠珊权威期刊解析RNA沉默机制

　　

生物通报道  近日来自中国科学院微生物所的研究人员在新研究中揭示了植物保护内源编码基因避免RNA沉默的新机制，相关研究论文发表在国际权威杂志（The　Plant　Journal）上。

领导这一研究的是中国科学院微生物研究所植物基因组学国家重点实验室郭惠珊研究员，其早年毕业于中山大学，后赴西班牙马德里大学攻读博士及博士后，曾任新加坡国立大学分子农业生物学院和淡马锡生命科学院研究员和执行首席科学家，2004年入选中科院“****”，2005年获得国家杰出青年基金。郭惠珊研究员长期从事RNA沉默抗病机制、miRNA调控机制研究工作，至今在Nature、The EMBO Journal 、The Plant Cell等国际知名科学杂志上发表论文30余篇。

在真核生物中，RNA沉默是一个具有核苷酸序列特异性的，能够导致RNA降解、DNA甲基化，异染色质形成，以及蛋白翻译抑制的调控机制。在植物中，诱发高效的RNA沉默还包括siRNA和甲基化在靶序列上的漂移、沉默信号在细胞间和整株植物的扩散并产生由信号诱导的RNA沉默（非自主性沉默）。植物中对报告基因（如GFP）以及植物非编码基因沉默的分子机制和参与沉默的组分已十分清楚。但是，对植物如何调控和避免内源蛋白编码基因的RNA沉默却所知甚少。

在新研究中，郭惠珊课题组人员利用早期已建立的一个可诱导的基因沉默系统，对植物内源基因非自主性RNA沉默进行深入地研究。通过一个可诱导的外源沉默exo-IR序列（exo-Pdsi）可以诱导植物内源基因（PDS）的沉默，研究发现可诱导沉默植株PDS基因沉默只局限于局部被诱导组织和极少量系统叶片，PDS的沉默并不能传递到整个植株。进一步的研究发现，植物是通过依赖于DRD1-Pol　V（Defective　in　RNA-directed　DNA　methylation　1-RNA）的DNA甲基化途径，加强exo-IR的自我沉默，从而限制了内源基因发生因信号诱导引起的RNA沉默，实现了植物对编码基因正常表达的一种自我保护。该研究同时也解释了利用exo-IR序列作为内源编码基因的沉默诱导子经常无法达到预期沉默效果，这一普遍现象背后的真实原因。

The　Plant　Journal审稿人认为：“此项工作，对于人们研究转录和转录后基因沉默途径中，细胞自主性和非自住性作用之间的相互作用，提供了一个新的很有价值的信息。”“这是一篇很有趣的论文，文中利用一个聪明的转基因系统来研究转录和转录后基因沉默，以及沉默漂移、信号在细胞与细胞之间的移动和感知等各方面的联系。所有这些都是被广泛关注的重要论题，这篇文章首次通过对单一的沉默系统的研究将所有这些问题联系在一起。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

DRD1-Pol V-dependent self-silencing of an exogenous silencer restricts non-cell-autonomous silencing of an endogenous target gene.

In plants, exogenous transgene transcribing inverted-repeat (exo-IR) sequences produces double-stranded RNAs that are processed by DCL4. The generated 21-nt siRNAs function as mobile signals to trigger non-cell-autonomous silencing of target endogene in neighboring 10-15 cells. The potential involvement of nuclear silencing pathway components in signal spreading or sensing in target cells is not clear. Here, we demonstrate that the exo-IR silencer (exo-Pdsi) is negatively auto-regulated through methylation spreading, which acts in cis to reinforce self-silencing of the silencer. Mutations affecting nuclear proteins DRD1 and Pol V (NRPE1 or NRPD2) relieved exo-Pdsi self-silencing resulting in higher levels of Pdsi transcripts which increased non-cell-autonomous silencing of endo-PDS. Our results suggest that in an experimental silencing pathway, methylation spreading on a silencer transgene may not have a direct endogenous plant counterpart when protein-encoding gene is the target. DRD1-Pol V-dependent de novo methylation, by acting in cis to reinforce self-silencing of exo-IR may play a role in restraining inappropriate silencing of active protein-coding genes in plants.

作者简介：

郭惠珊

博士 研究员 2004年中科院“****”入选者,2005年国家杰出青年基金获得者

1987年毕业于中山大学，1996年在西班牙马德里大学植物分子病毒学专业获博士学位。西班牙马德里大学国家分子生物学中心博士后，曾任新加坡国立大学分子农业生物学院和淡马锡生命科学院研究员和执行首席科学家。在国际知名的科学杂志上共发表论文30余篇。

研究内容：长期从事RNA沉默抗病机制、miRNA调控机制研究工作。早期开拓了植物可诱导的 RNAi(RNA干扰/基因沉默)系统，并运用该系统进行在植物发育过程中与激素调节相关的基因的生物功能研究；植物泛素蛋白和 micro RNA在植物激素信号传导途径中对植物发育的调控作用；植物来源于病原的抗性机制－基因沉默机制（PTGS, VIGS）；植物RNA病毒对植物抗病毒机制（基因沉默）的反防御机制－抑制基因沉默机制 (Suppression of Gene Silencing)；

研究方向：植物RNA沉默的分子机制及其抗病应用研究。主要围绕植物RNA沉默和miRNA调控途径，以及其他受病原影响的调控途径开展病原微生物－寄主的相互作用研究，剖析植物致病机理。

主要研究内容包括：1. 植物抗病RNA沉默机制； 2. 病毒沉默抑制子和病毒卫星RNA的致病性研究；３. 小RNA介导的RNA沉默的抗病应用研究。近期实验室还建立了棉花黄萎病病菌－大丽轮枝菌突变体文库，旨在研究大丽轮枝菌致病机制，在探讨大丽轮枝菌与寄主互作的分子机理的基础上，发展RNA沉默介导的抗棉花黄萎病新技术。

承担课题：国家自然科学基金委重大研究计划、重点项目、面上项目; 国家重点基础研究发展计划（973）项目；中科院知识创新工程重要方向项目；转基因生物新品种培育重大专项等。