研究揭示水稻miR528積累的精細調控和抗RSV病毒機制

　　 miRNA是調控植物生長、發育及環境適應性的一類重要轉錄后調節因子。中國科學院遺傳與發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被發現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）數據分析，他們發現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如何實現對多個功能各異的靶mRNA進行協同調控仍有待進一步研究。

　　 最近，曹曉風研究組的最新研究揭示了水稻中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性地研究。他們發現晝夜節律和植物發育時序通過影響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。研究者還發現MIR528啟動子區在水稻秈、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。進一步分析發現，轉錄因子OsSPL9可以直接結合MIR528基因啟動子區的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，研究者還發現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）。

圖1：受到多因素精細調控的miR528通過抑制OsRFI2表達促進水稻開花

　　 與上述研究同期發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，研究者發現轉錄因子OsSPL9能夠結合MIR528啟動子區內的特定基序（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）。

圖2：水稻SPL9-miR528-AO通路在抗RSV病毒中作用模型

　　 上述研究工作主要由來自中國科學院遺傳與發育生物學研究所曹曉風研究組的成員和來自北京大學李毅實驗室的成員合作完成。此外，中科院遺傳發育所儲成才研究員、北京基因組研究所胡松年研究員、南昌大學王東教授和福建農林大學吳建國教授亦對上述研究做出了重要貢獻。該研究獲得國家自然科學基金委、科技部、農業部、中國科學院和植物基因組國家重點實驗提供經費支持。