Cell：miRNA，調控子的調控

　　MicroRNAs是多細胞生物體遺傳程序的重要調控者。由于它們具有強大的作用，其自身的生成也受到嚴密地控制。來自德國馬克思?普朗克發育生物學研究所的科學家們在新研究中獲得了關鍵的研究發現。他們在擬南芥(阿拉伯芥,thale cress)中發現了一個調節micro RNAs生成的新元件，通過去除一種micro RNA生物合成酶上的磷酸基團來發揮作用。它有可能像開關轉換一樣快速，使得植物能夠適應不斷變化的環境。

　　在這項研究中，科學家們利用先進的成像技術輕易地檢測到了有microRNA活性缺陷的植物，采用全基因組測序迅速鑒別出了新突變。研究發現在線發表在11月9日的《細胞》(Cell)雜志上。

　　細胞似乎阻礙了自身閱讀DNA，在這一過程中細胞核中的DNA轉錄生成移動的mRNA，隨后mRNA被運送到細胞質中作為蛋白質生成的藍圖。同時，細胞生成micro RNAs，通過與特異的mRNA結合能夠阻斷蛋白質生成或甚至啟動破壞蛋白質合成。但細胞為何要在啟動一個如此費力的過程后又立即終止它呢?論文的第一作者、馬克思?普朗克發育生物學研究所博士后Pablo Manavella 說：“嗯，答案在于細胞必須在蛋白質生成和避免過量之間獲得一個微妙的平衡。一旦mRNA的轉錄被激活，它就會相當的穩定。如果你需要快速終止它，借助諸如micro RNAs等調控機制能夠攔截這一過程。“這一研究是與來自圖賓根大學植物分子生物學(ZMBP)中心和蛋白質組中心的科學家們協作完成。

　　從前體生成micro RNAs，這一過程已經被廣泛地展開研究，尤其是在動物細胞中。“植物中的Micro RNAs的進化平行且獨立。我們不得不假定它們是通過不同的方式進行加工處理的，”Pablo Manavella解釋說。

　　科學家們采用了一種系統性的方法研究了擬南芥細胞中micro RNAs的活性。首先，他們開發了一個基于螢火蟲生物發光蛋白熒光素酶的報告系統;將熒光素酶基因整合到植物細胞中。其次，科學家們將包含人造的能特異性抑制熒光素酶的micro RNA 前體的DNA片段插入到植物基因組中。盡管包含編碼熒光素酶的基因，這些植物最初并沒有發射光線。在一個大規模的實驗中，科學家們在成千上萬的植物中引發了非特異性的突變。借助一種特殊的高靈敏度相機將少數發光的植物挑選出來。“在所有這些單個植物中，部分的micro RNA信號通路受損因此通過人造micro RNA不再能夠沉默熒光素酶，”Pablo Manavella說。

　　為了確定導致熒光素酶沉默失敗的基因，科學家們利用了馬克思?普朗克研究所開發的一種新技術，借助于全基因組序列分析使得他們能夠快速檢測因果突變 causal mutation)。“就是在幾年前，這一項目也很難在兩年之內完成。而現在，全基因組測序成為了一種快速且廉價的方法。將熒光素酶活性篩查測試與全基因組測序相結合，我們能夠將研究的周期從數年縮短到幾個月，”Pablo Manavella解釋說。在所獲得的突變中，科學家們確定了磷酸酶CPL1是microRNA生物合成信號通路的一個關鍵元件。這一蛋白通過去除信號通路中的一個主要輔因子(co-factor )HYL1的磷酸殘基，破壞了micro RNAs生成。一旦生成這些micro RNAs，它們就會與對應的mRNA結合，終止蛋白質合成。

　　“我們確定了一個能夠調控這些調控子活性的因子，”Pablo Manavella概述他們的結果說道。Micro RNAs只代表了許多遺傳調控機制其中的一種，然而以一種開關的方式它們為例如在許多發育過程中不斷改變的需求提供了快速高效的應答。一般來說，植物中的 micro RNAs比動物中的更為特異，科學家們說：“當面臨壓力情況時，植物不能逃跑。因此，它們需要快速的途徑調控自身基因以適應這樣的狀況。”