近日,生命科学学院研究员任国栋课题组分离鉴定了拟南芥中一个新的DEDDy型核酸外切酶ATRM2参与非甲基化微小RNA(miRNA)的降解过程,揭示了一种全新的miRNA质量监控机制。6月26日,研究成果以《拟南芥DEDDy型3‘到5’核酸外切酶Atrimmer 2介导非甲基化miRNA/miRNA*降解》(
Degradation of unmethylated miRNA/miRNA*s by a DEDDy-type 3’ to 5’ exoribonuclease
ATRIMMER2 in Arabidopsis)为题发表于《美国科学院院报》(Proc Natl Acad Sci U.S.A,PNAS)。

生命科学学院任国栋课题组在植物miRNA代谢领域取得新进展

miRNA是一类长度在20-24碱基的内源非编码RNA,在动植物正常生长发育和环境应答等过程中起重要调节作用。miRNA在体内的表达丰度受到转录、加工、修饰和降解等多个层面的精细调控。在植物中,RNA甲基转移酶HEN1介导的miRNA 3’末端甲基化修饰对于miRNA的稳定性至关重要。HEN1缺失可导致miRNA 3’ 末端加尿苷化尾(Uridylation)或 3’到5’截短(Trimming),从而使miRNA失稳降解,引起植株发育迟缓、育性下降等一系列表型。任国栋及合作者于前期研究中揭示了两个RNA尿苷转移酶HESO1和URT1协同催化miRNA末端加尾过程的分子机制 (Ren et al 2012, Curr Biol;
Wang et al 2015, PLoS Genet)。

为进一步研究非甲基化miRNA的降解机制,课题组通过反向遗传学筛选,鉴定到ATRM2突变可以显著回复hen1的表型。Northern杂交实验发现ATRM2突变可以选择性的回复部分miRNA的表达量,但不影响miRNA的3’到5’截短,且ATRM2对miRNA的降解不依赖于末端尿苷化修饰。这些结果表明ATRM2既不参与截短过程,也不是特异性降解尿苷化miRNA的酶。小RNA测序分析以及Northern杂交发现受ATRM2调控的miRNA,其对应的miRNA*也被显著影响,提示ATRM2的底物可能是未甲基化的miNRA/miRNA*双链结构。进一步研究发现ATRM2与AGO1在体内共定位且存在相互作用,但ATRM2并不影响AGO1对链的选择性以及miRNA*从AGO1上的剔除。综合上述实验结果以及野生型状态下仍有一定比例的miRNA处于未甲基化状态,猜测ATRM2可能通过降解未受甲基化保护的
miRNA/miRNA*双链,对起始进入AGO1蛋白的miRNA进行质量监控。该研究揭示了miRNA代谢调控的复杂性,拓展了对miRNA代谢过程质量控制机制的认识,为更好的利用miRNA调控植物发育和胁迫应答奠定理论基础。

复旦大学生命科学学院任国栋课题组博士后王晓彦(现为深圳大学生命与海洋科学学院副研究员)、 博士研究生王渊和贝勒医学院博士研究生窦永超为本文的共同第一作者,任国栋为本文的通讯作者。该项工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中国博士后基金等项目的资助。