陜西
MicroRNA（miRNA）作為一類關鍵的轉錄后調控因子，在動植物生長發育、生殖及環境應答等多個生物學過程中發揮重要調控作用。miRNA的穩態水平受到轉錄、加工及降解等多個層次的精密調控。盡管當前對miRNA的生物生成機制已有較為系統的認識，但關于其在細胞內如何維持穩態以及降解調控的分子機制，仍存在諸多未解之謎。
近日，復旦大學生命科學學院任國棟研究員團隊在國際植物學知名期刊
The Plant Cell上發表了題為
Characterization of the miRNA turnover landscape and its regulation in Arabidopsis的研究論文。該研究系統繪制了擬南芥全基因組范圍的miRNA周轉圖譜，并首次揭示F-box型E3泛素連接酶HAWAIIAN SKIRT（HWS）是介導特定短壽命miRNA主動降解的關鍵因子，闡明了其在植物氧化脅迫應答和缺磷響應中的重要生理功能。
為系統解析miRNA的周轉動態，研究人員采用了兩種互補的技術手段對全基因組小RNA穩定性進行定量分析：（1）轉錄抑制結合OX-sRNA-seq：利用蟲草素抑制轉錄起始，結合高碘酸鈉氧化法特異性捕獲帶3’末端甲基化修飾的成熟小RNA；（2）非毒性代謝標記脈沖追蹤（pulse-chase）：采用5-乙炔基尿苷（5-EU）代謝標記策略，在無毒性干擾下對miRNA周轉動力學進行驗證。研究發現，擬南芥中大多數miRNA具有高度穩定性，約2/3的miRNA半衰期超過48小時；而包括miR168和miR398在內的一部分miRNA，以及絕大多數miRNA*鏈，則表現出快速周轉特征，半衰期較短。進一步分析證實，效應蛋白AGO1和甲基轉移酶HEN1在維持miRNA全局穩定性中發揮普遍性保護作用。
通過對RNA降解相關突變體的篩選，研究團隊發現，他們此前報道的在模擬靶標介導的miRNA靶向降解途徑的核心基因HWS（Mei et al., 2019），正是調控短半衰期miRNA快速降解的關鍵因子。研究人員進一步揭示了HWS介導miRNA降解的生理意義。在銅離子或甲基紫精誘導的氧化脅迫條件下，植物通過轉錄抑制與HWS介導的miR398清除雙重機制，迅速解除其對靶基因CSD1和CSD2的抑制，從而增強抗氧化能力，減輕氧化損傷。此外，在磷饑餓條件下，HWS還介導了miR399的加速降解，參與維持植物磷穩態。
圖1. HWS促進短半衰期miRNA降解。A. 轉錄抑制結合OX-sRNA-seq實驗流程圖。 COR：Cordycepin，蟲草素。B&C. 熱圖展示部分 miRNA 在轉錄抑制不同時間后的豐度變化。D. 累積分布曲線展示轉錄抑制12小時后miRNA和miRNA*在野生型及hws-6中的豐度變化。
綜上，該研究首次在基因組尺度上系統描繪了植物miRNA的動態周轉圖譜，確立了HWS作為選擇性清除特定短壽命miRNA的關鍵調控因子。結合課題組前期研究，推測HWS可能通過識別“AGO1-miRNA-模擬靶標”三元復合物，觸發靶向降解途徑。相關發現不僅深化了我們對植物miRNA穩態維持機制的認識，也為未來探索miRNA動態調控網絡及其在環境應答中的功能提供了重要理論基礎。
復旦大學生命科學學院博士畢業生方宜瀟、博士后樊友宏及棗莊學院講師李寧（原復旦大學博士后）為該論文的共同第一作者；復旦大學任國棟研究員與浙江理工大學生命科學與醫藥學院梅俊副教授擔任共同通訊作者。鄭丙蓮教授為本項研究提供了重要支撐。該工作得到了上海市基礎研究特區計劃和國家自然科學基金項目的資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1093/plcell/koag052
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