我室邓兴旺/朱丹萌团队取得植物核仁小分子RNA功能研究新进展

      核仁小分子RNAsmall nucleolar RNA, snoRNA)是一类广布于古细菌和真核生物中的较高丰度非编码RNA, 其长度约为70-250 个核苷酸。根据其保守的结构元件及参与的化学修饰种类不同,snoRNA主要包括指导2‘-O-甲基化修饰的C/D box snoRNA和指导假尿嘧啶化修饰的H/ACA box snoRNA两类。植物中含有种类丰富的snoRNA,但长久以来针对这类RNA的分子遗传学研究相对匮乏。邓兴旺/朱丹萌团队在前期工作中系统鉴定和分析了高等模式植物水稻(Liu et al., 2013Molecular Plant)和拟南芥(Wang et al., 2014Molecular Plant)中的snoRNA,为研究其功能和作用机制奠定了基础。

      最近,这个研究团队聚焦拟南芥snoRNA的功能机制,通过综合运用分子遗传学与生物化学分析法,发现并解析了一个参与植物核糖体生物合成的重要非编码类型调控因子HID2 (HIDDEN TREASURE 2 )。研究首先结合前期对snoRNA的系统注释,通过大规模反向遗传学筛选获得了突变体hid2,其中主效因子HID2表达显著下降。hid2突变体幼苗和成株均具有明显生长发育缺陷,其表型与核糖体大、小亚基的编码基因突变体类似。HID2在拟南芥中编码一个C/D box snoRNA, 在植物细胞分裂旺盛区域呈特异性表达,并定位于细胞核仁区。运用多种RNA生物学方法,研究人员发现HID2主要通过与核糖体RNA (ribosomal RNA, rRNA)最初前体45S pre-rRNA结合,确保pre-rRNA准确且有效的加工为成熟形式,进而保证核糖体的精确装配和植物正常的生长发育。此外,该研究确定了HID2发挥功能的关键序列元件,并发现该序列元件在包括酵母、线虫、果蝇、小鼠和人在内几乎所有真核生物中具有保守性,提示HID2的功能和机制具有潜在的普适意义。

      这项研究在植物研究领域提供了首例关键snoRNA的表达异常即可造成显著的生理学表型的分子遗传学依据,并初步建立了snoRNA 表达的时空特异性、表达强度与核糖体组装准确性及生物合成效率之间的分子联系。HID2的功能研究不仅加深了人们对高等生物核糖体生物合成精细调控的理解,进一步拓展了人们对于snoRNA 这一类非编码RNA 介导的遗传调控网络的认识。

      这项题为Arabidopsis small nucleolar RNA monitors the efficient pre-rRNA processing during ribosome biogenesis的研究成果于2016105日在《美国科学院院报》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)在线发表, (http://www.pnas.org/content/early/2016/10/04/1614852113.full)。北大生命科学学院博士生朱盼和博士后王玉秋为文章的共同第一作者,邓兴旺教授和朱丹萌副研究员为共同通讯作者。这项研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委员会、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室及北大-清华生命科学联合中心的资助。

HID2参与pre-rRNA加工和拟南芥生长发育调控的模式图