厦门大学Genome Res解析水稻基因调控机制

　　

生物通报道：可选择性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)是一种普遍存在于真核生物中的基因调控机制。APA事件的发生能使一个基因产生多种mRNA转录本，从而增加转录本的复杂度。选择不同的多聚腺苷酸化位点可以使不同的转录本具有不同的编码序列，或具有不同长度的3'端非翻译区(3'untranslated region,3'UTR)。不同长度的3'UTR可引起RNA结合蛋白或微小RNA(miRNA)的结合位点发生变化，进而影响mRNA的稳定性、定位和翻译效率。近年来，APA作为调控基因表达的重要方式越来越受到重视。

10月12日，国际基因组研究权威刊物《Genome Research》在线刊登了来自厦门大学、福建省农科院和美国健康科学西部大学的一项最新研究成果，题为“Genome-wide dynamics of alternative polyadenylation in rice”。该研究使用Poly(A) Tag测序(PAT-Seq)法，系统地调查了14个不同水稻组织和发育阶段的全基因组APA景观图。

这项研究的通讯作者是厦门大学环境与生态学院院长李庆顺（Qingshun Quinn Li）教授。李庆顺教授早年毕业于厦门大学生物系，1995年在美国肯塔基大学获博士学位，随后在肯塔基大学从事博士后研究，2010年至2012年为美国迈阿密大学生物系教授，2012年至今为厦门大学环境与生态学院院长。研究方向为植物mRNA多聚腺苷化的分子生物学、转录组学、遗传学、生物信息学研究；分子生态学：植物对环境适应性的分子生物学、转录组学基础。

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APA现象广泛存在于真核生物中，绝大多数真核基因具有多个poly(A)位点。水稻是最重要的一种粮食作物，也是一种单子叶模式植物。虽然已有研究在水稻中分析了一些APA，但是APA在发育和组织特化中的作用，仍然是不明确的。在本研究中，研究人员使用Poly(A) Tag测序(PAT-Seq)法，系统地调查了14个不同水稻组织和发育阶段的全基因组APA景观图。

结果表明，APA显著介入了发育和数量性状位点（QTL）基因表达。在所有表达的基因中，有大约48%的基因用APA来产生转录组和蛋白质组多样性。一些基因开关APA位点可让差异表达的基因利用交替3’UTR区。有趣的是，成熟花粉中的APA是截然不同的，在那里，一组poly(A)因子存在差异表达水平，APA位点有着不同的分布，从而表明在配子体发育过程中有一个独特的mRNA 3’端形成规律。

同样有意思的是，统计分析表明，QTL往往将APA用于许多农艺性状的基因表达调控，从而指出了APA在水稻生产中的一个潜在重要作用。这些结果为作物中APA的高级分析，提供了迄今为止最全面和高分辨率的资源，并揭示了APA与真核生物性状的形成是如何联系在一起的。

去年6月，中科院遗传与发育生物学研究所的研究员曹晓风（Xiaofeng Cao）带领的研究团队在全基因组分析中，发现了一个通过APA机制调控拟南芥开花的关键蛋白。这一成果发表在六月二十三日的Cell Research杂志上。相关研究：曹晓风课题组Cell Research发表最新成果。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Genome-wide dynamics of alternative polyadenylation in rice
Abstract：Alternative polyadenylation (APA), in which a transcript uses one of the poly(A) sites to define its 3'-end, is a common regulatory mechanism in eukaryotic gene expression. However, the potential of APA in determining crop agronomic traits remains elusive. This study systematically tallied poly(A) sites of 14 different rice tissues and developmental stages using the Poly(A) Tag Sequencing (PAT-Seq) approach. The results indicate significant involvement of APA in developmental and quantitative trait loci (QTL) gene expression. About 48% of all expressed genes use APA to generate transcriptomic and proteomic diversity. Some genes switch APA sites allowing differentially expressed genes to use alternate 3' UTR. Interestingly, APA in mature pollen are distinct where differential expression level of a set of poly(A) factors and different distribution of APA sites were found, indicating a unique mRNA 3'-end formation regulation during gametophyte development. Equally interesting, statistical analyses showed that QTL tends to use APA for regulation of gene expression of many agronomic traits, suggesting a potential important role of APA in rice production. These results provide thus far the most comprehensive and high-resolution resource for advanced analysis of APA in crops, and shed light on how APA are associated with trait formation in eukaryotes.