武亮课题组揭示小分子RNA调控作用新机制

　　

作为一类内源小分子RNA，miRNA是调控真核生物基因表达的重要因子。目前，普遍认为植物miRNA主要通过2种方式调控靶基因表达，即mRNA切割和蛋白翻译抑制。但是，这两种调控方式是单独发挥作用还是共同发挥作用并不清楚，且两种调控方式是否可以相互转换尚无报道。

近日，浙江大学农学院武亮课题组在国际知名期刊Nature Communications发表了题为“Switching action modes of miR408-5p mediates auxin signaling in rice”的研究论文，揭示了miRNA可以切换对靶基因的调控方式，介导水稻植株中生长素的信号传导。

之前的研究表明，miR408是植物中非常保守的miRNA，在植株生长发育和抗逆过程中均发挥着重要作用。武亮课题组发现，水稻中前体转录本pre-miR408经过加工可以产生2个成熟的miRNA，在3’臂上产生的miR408-3p无论在单子叶还是双子叶植物中均十分保守，而在5’臂上产生的miR408-5p则仅在单子叶植物中相对保守。经过八年研究，武亮团队综合利用遗传学、分子生物学、生物化学和生物信息学研究方法，解析了miR408-5p通过转变靶基因调控方式，参与水稻生长素信号转导的分子机制：在较低的生长素条件下，miR408-5p通过翻译抑制调控IAA30蛋白累积水平；但当miR408-5p被较高浓度生长素诱导表达时，miR408-5p则通过剪切mRNA的方式实现对IAA30的调控。由此可见，miRNA在不同条件下，可以通过转变对靶基因的作用方式，更加精准、高效地实现对靶基因表达的调控。

miR156是植物中的另一个保守miRNA，IPA1（Ideal Plant Architecture 1）是其在水稻中的靶基因之一。本研究还发现，miR156-IPA1可以通过在转录水平对前体基因MIR408的调控，影响miR408-5p的积累以及IAA30的表达。miR393是调控植物生长素受体家族基因TIR1/AFBs的重要因子，其积累水平的变化可影响水稻旗叶和穗之间的夹角（也称为“叶夹角”）。本研究进一步发现，miR156-IPA1-miR408-5p-IAA30的级联调控作用还受到miR393-TIR1/AFBs模块的影响。即多个miRNA及其靶基因形成的调控网络在水稻生长素信号传导过程中发挥了重要作用，同时该级联调控网络也共同参与到水稻叶夹角调控。

 

图1 miR408-5p通过转变调控靶基因的作用方式，参与水稻生长素信号转导的工作模式图

综上所述，该研究结果不仅阐释了miRNA一种新的分子调控机理，而且证明人们可以通过改变miRNA分子网络来调控水稻株型，从而为水稻等作物的高光效育种改良提供参考。浙江大学农学院和海南研究院博士后戎福喜、吕育松（现就职于中国水稻所）、邓平川（现就职于西北农林科技大学）为共同第一作者，武亮教授为通讯作者。毋霞、张雅琦、Muhammad Sajid、岳二魁、沈雨欣、倪方锐也参与了该研究。同时该研究工作得到了浙江大学生命科学学院边红武副教授、浙江大学农学院周伟军教授、中国水稻所魏祥进研究员和胡培松院士的帮助和支持。此项研究工作受到浙江省自然科学基金、国家自然科学基金、三亚市科技创新专项以及水稻生物学国家重点实验室开放基金的资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-46765-z