拟南芥核质转运蛋白及RNA拓扑异构酶参与RNA代谢的研究

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RNA代谢过程对于生物的生长发育过程是非常重要的,但是对于RNA代谢过程除了已知的研究成果实际上整个RNA代谢的调控过程还是有很多是我们不知道的。在这里,我们对植物RNA代谢中的RNA降解途径、转录后基因沉默、转录基因沉默三个途径进行研究,试图在拟南芥中找到这三条RNA代谢途径中的其他调控因子。mRNA的降解对于mRNA的数量和质量控制都是必需的。经典观点认为mRNA仅在其退出蛋白质翻译后才降解,但最近的研究表明mRNA在植物的翻译途径中也有可能边翻译边降解。真核mRNA可以通过两个方向的顺序进行降解:5’-3’降解,XRN复合体引起的RNA代谢是由几种复杂的外切或内切核糖核酸酶介导的;3’-5’降解,外切子(exosome)二聚体定义的六聚环。核外切子在进行加工和降解活动需要不同的辅助因子。例如核仁中的MTR4,核质中的HUA ENHANCER2(HEN2)和细胞质中的SUPERKILLER(SKI)复合物。我们发现拟南芥核质转运蛋白SIC1的突变体sic1-1可以被3‘-5’途径中SKI复合体的ski2-2、ski7-1突变体回复其表型。这可能暗示SIC1可以充当3‘-5’途径RNA降解的调控因子。在RNA降解途径发生异常的情况下,那些异常转录物的积累会引起转录后基因沉默,从而带来不利的后果。在拟南芥中已经证明了5’-3’和3’-5’胞质RNA降解途径均充当转基因和内源性PTGS的阻遏物。转录后基因沉默由RDR6/SGS3合成双链RNA触发,随后分别被DCL2、DCL4切割成22-nt siRNA、21-nt siRNA。siRNA可以装入Argonaute(AGO)沉默复合体中,该复合体的目标是同源RNA沉淀和/或翻译抑制。RNA聚合酶可以在主要siRNA靶向后产生次级小干扰RNA(siRNA)分子,从而放大了PTGS的作用。而在我们的研究中发现这一途径仅dcl2-1突变体可以回复核质转运蛋白SIC1的突变体sic1-1的表型。我们猜测可能在PTGS途径中SIC1可能仅通过DCL2参与PTGS过程,但具体机制还需要进一步探索。转录基因沉默(TGS)由DCL3切割产生的24-nt siRNA介导,通常与转座子产生的RDR2产物和重复的RNA定向DNA甲基化(Rd DM)连锁,其发挥功能同样需要载入AGO4或AGO9中。而有趣的是我们发现该途径的rdr2-2、dcl3-1、ago4-1、ago9-2突变体均可以回复sic1-1突变体的表型,这说明SIC1充当整个TGS途径的调控因子是非常有可能的。此外我们对拟南芥中候选RNA拓扑异构酶AtTop3β也进行了研究,遗憾的是我们发现将Attop3β突变体与PTGS中dcl4-2、ski2-2突变体、RNA降解途径的ein5-1突变体进行杂交后并没有发现表型上的差异。综上,我们通过经典遗传学手段发现SIC1可能参与到RNA代谢的RNA降解、PTGS、TGS三个途径的调控中,但具体机制还需要进一步探索。
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