Nature子刊：華中農(nóng)大發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)座子可抑制mRNA翻譯

日期：2017-03-15 09:21:35

來(lái)自華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，作物遺傳改良國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)現(xiàn)水稻中的一類DNA轉(zhuǎn)座子具有翻譯抑制功能，這揭示了微小反向重復(fù)轉(zhuǎn)座元件的新功能，對(duì)研究其他重復(fù)序列的功能提供了借鑒意義，同時(shí)也拓寬了對(duì)于轉(zhuǎn)座子的認(rèn)識(shí)。

這一研究成果公布在3月3日的Nature Communications雜志上，文章的通訊作者是華中農(nóng)大生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授熊立仲，第一作者為沈建強(qiáng)博士生，這項(xiàng)研究使我們更深入了解基因組中轉(zhuǎn)座子的生物學(xué)功能。

水稻作為全世界最重要的糧食作物和模式植物之一，其基因組中含有大量的轉(zhuǎn)座子（transposable element），尤其是微小反向重復(fù)轉(zhuǎn)座元件（miniature inverted-repeat transposable element，MITE），這使水稻成為研究轉(zhuǎn)座子起源、轉(zhuǎn)座和功能的最佳模式植物。曾被認(rèn)為是“垃圾DNA”的轉(zhuǎn)座子是真核生物基因組中重要的組成成分，在基因組進(jìn)化過(guò)程中發(fā)揮著巨大作用。轉(zhuǎn)座子一般可分為反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子和DNA轉(zhuǎn)座子。

之前的研究顯示，反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子可以轉(zhuǎn)錄為mRNA一部分，調(diào)控mRNA的選擇性剪接，選擇性加尾，穩(wěn)定和翻譯。本研究表明，DNA轉(zhuǎn)座子能抑制內(nèi)源蛋白Ghd2的翻譯，從而調(diào)控水稻開(kāi)花時(shí)間、株高和每穗粒數(shù)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)對(duì)進(jìn)一步了解MITE的生物學(xué)功能具有重要意義。

在最新研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)存在于基因3′非翻譯區(qū)（3′untranslated region）中的微小反向重復(fù)轉(zhuǎn)座元件（MITE）可以被植物內(nèi)源DCL蛋白識(shí)別并切割，從而形成不完整的mRNA。這種mRNA可能會(huì)進(jìn)一步影響自身的翻譯，而抑制翻譯產(chǎn)物的積累。人為切除該基因非翻譯區(qū)的MITE，則會(huì)上調(diào)此基因的翻譯產(chǎn)物。這些結(jié)果證實(shí)，DNA轉(zhuǎn)座子具有抑制mRNA翻譯的功能。

基因組中重復(fù)序列的功能探究，一直是生命科學(xué)中最前沿的領(lǐng)域之一。近來(lái)，越來(lái)越多的功能基因組研究發(fā)現(xiàn)，微小反向重復(fù)轉(zhuǎn)座元件（MITE）在基因組中的插入或缺失，是單子葉植物獲得新性狀的來(lái)源。本研究揭示了微小反向重復(fù)轉(zhuǎn)座元件的新功能，對(duì)研究其他重復(fù)序列的功能提供了借鑒意義，同時(shí)也拓寬了我們對(duì)于轉(zhuǎn)座子的認(rèn)識(shí)。

近期歐洲的科學(xué)家們首次對(duì)大約350個(gè)人類蛋白質(zhì)家族進(jìn)行基因分析，發(fā)現(xiàn)人類特有的大規(guī)模基因調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)蛋白質(zhì)與轉(zhuǎn)座因子相互作用共同創(chuàng)造的。

他們繪制出大多數(shù)人類KZFPs的遺傳靶點(diǎn)圖譜后，發(fā)現(xiàn)了其最大的可識(shí)別轉(zhuǎn)座因子的不相連片段。Trono說(shuō)，對(duì)每個(gè)KZFP我們都可以分配一個(gè)轉(zhuǎn)座因子的子集，并發(fā)現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)座因子通常能與多個(gè)KZFP進(jìn)行互動(dòng)。這是一個(gè)高度組合和多功能的系統(tǒng)?？茖W(xué)家們最后進(jìn)一步證明了KZFPs可以在多個(gè)精細(xì)協(xié)調(diào)的監(jiān)管平臺(tái)中來(lái)回轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)座因子，影響基因表達(dá)。這可能發(fā)生在所有人類組織，以及所有發(fā)育階段。