研究揭示水稻miR528積累的精細調控機制及其在水稻抽穗期和抗病反應中的調節(jié)作用

　　miRNA是調控植物生長、發(fā)育及環(huán)境適應性的一類重要轉錄后調節(jié)因子。中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所曹曉風研究組早期通過對水稻miRNA加工關鍵酶OsDCL1蛋白的研究，鑒定到了一系列重要的水稻miRNA成員（Liu et al., Plant Physiology, 2005）。其中，miR528被發(fā)現(xiàn)是單子葉植物所特有的miRNA成員，同時也是水稻中表達量最高的miRNA之一。通過水稻體內降解組（Degradome）數(shù)據(jù)分析，他們發(fā)現(xiàn)miR528在水稻中具有生物學功能完全不同的多個潛在靶mRNA位點（Zhou et al., Frontiers in Biology, 2010）。在隨后生物學功能研究中，通過與北京大學李毅實驗室的合作，他們共同闡明了miR528可以通過抑制靶mRNA AO的表達，進而改變植物體內活性氧（ROS）積累水平而參與水稻抗病反應（Wu et al., Nature Plants, 2017）。但水稻體內如此大量積累的miR528自身如何被精細調控，miR528如何實現(xiàn)對多個功能各異的靶mRNA進行協(xié)同調控仍有待進一步研究。

 

　　最近，曹曉風研究組的研究揭示了水稻中miR528積累的精細調控機制，以及OsSPL9-miR528-OsRFI2通路在水稻抽穗期控制中的調節(jié)作用（Yang et el., Molecular Plant, 2019）。研究者分別從轉錄水平和轉錄后水平對水稻miR528的表達調控機制進行了系統(tǒng)性的研究。他們發(fā)現(xiàn)晝夜節(jié)律和植物發(fā)育時序通過影響MIR528基因的轉錄或MIR528轉錄本的可變剪切，在轉錄和轉錄后層面上對特定時期水稻體內成熟miR528的積累水平進行精細調控。研究者還發(fā)現(xiàn)MIR528啟動子區(qū)在水稻秈、粳亞種和野生稻中存在典型的分化，其中MIR528-A1等位主要存在于野生稻和秈稻中，而MIR528-A2等位主要存在于粳稻中。進一步分析發(fā)現(xiàn)，轉錄因子OsSPL9可以直接結合MIR528基因啟動子區(qū)的CuRE元件，并激活MIR528轉錄；而且OsSPL9對不同水稻品系MIR528啟動子區(qū)結合能力的差異，是導致秈稻中miR528積累水平要高于粳稻的重要原因。最后，研究者還發(fā)現(xiàn)miR528是通過抑制靶mRNA OsRFI2的表達，從而影響水稻開花時間（如圖1）。

 

　　與上述研究同期發(fā)表的還有曹曉風研究組與北京大學李毅實驗室合作的另一項研究工作（Yao et el., Molecular Plant, 2019）。在這項研究工作中，研究者發(fā)現(xiàn)轉錄因子OsSPL9能夠結合MIR528啟動子區(qū)內的特定基序（CuRE元件），并激活MIR528基因的轉錄，促進水稻體內miR528積累，進而抑制靶mRNA AO的表達，最終解除抗壞血酸氧化酶（AO）對病毒RSV的抑制作用（如圖2）。

 

　　上述研究工作主要由曹曉風研究組和李毅實驗室合作完成。此外，遺傳發(fā)育所研究員儲成才、中科院北京基因組研究所研究員胡松年、南昌大學教授王東和福建農林大學教授吳建國亦對上述研究做出了重要貢獻。該研究由國家自然科學基金委、科技部、農業(yè)部、中科院和植物基因組國家重點實驗室提供經費支持。