北京大学现代农学院李磊实验室发现被子植物miRNA起源的遗传机制

　　

     2022年10月13日，蛋白质与植物基因研究国家重点实验室、北京大学现代农学院李磊研究员课题组在Molecular Biology and Evolution杂志在线发表了题为“Miniature inverted-repeat transposable elements drive rapid microRNA diversification in angiosperms”的研究论文。该研究发现了微型反向重复转座子（MITE）驱动被子植物中miRNA快速多样化的机制，为植物miRNA起源和演化研究提供了新的模型。

     MiRNA是动植物中广泛存在的一类单链核酸调控因子。过去20年中对植物miRNA合成的生化过程及miRNA的功能均已进行了深入研究，但miRNA从头起源的遗传机制还悬而未决。研究人员利用前期构建的植物miRNA数据库（https://pmiren.com/），对21种代表性植物中的miRNA位点进行了详细分析，系统鉴定了由靶基因反向重复、LTR转座子和MITE等3种模型所产生的miRNA，发现被子植物中的miRNA主要来源于MITE。通过综合分析基因组和转录组数据，提出了位于内含子中的中等长度的MITE随宿主基因一同转录后形成的发夹结构，被以Dicer-like蛋白为核心的剪切复合体识别后形成新miRNA的模型。进一步发现双子叶植物中Mutator、单子叶植物中PIF/Harbinger和Tc1/Mariner超家族MITE的爆发，是被子植物中miRNA剧增的主要原因（图一）。最后，通过分析miRNA靶基因的功能和表达模式，发现由MITE起源的miRNA优先调控与环境胁迫及适应相关的基因。这些发现阐明了被子植物miRNA经非自主微型转座子从头产生的遗传机制，揭示了新形成的miRNA由于提高植物的环境适应性而得到选择的可能性。

 

图一. 被子植物中MITE-miRNA演化模型

 

     北京大学博士毕业生、现就职于南京林业大学的郭仲龙为文章第一作者，北京大学李磊研究员和北京市农林科学院杨效曾研究员为论文共同通讯作者。北京大学博士研究生匡正、陶奕含、万苗苗、博士后郝宸，昆明动物所王昊天博士及北京市农林科学院申飞博士为工作提供了帮助。北京大学生命科学联合中心“北极星”高性能计算平台提供了技术支持。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及北大-清华生命联合中心的资助。