特拉華大學(xué)的科學(xué)家與美國國內(nèi)外的同事合作,，發(fā)現(xiàn)了一種新型分子——一種“微型開關(guān)”——它可以關(guān)閉水稻的基因。水稻是全世界超過半數(shù)人口的主要糧食來源,。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)發(fā)表在了3月25日出版的美國《國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。
這項(xiàng)研究是由特拉華大學(xué)Crawford Greenewalt植物科學(xué)教授Pamela Green以及植物和土壤科學(xué)副教授Blake Meyers領(lǐng)導(dǎo)的,，他們發(fā)現(xiàn)的新型分子稱為自然反義微RNA（nat-miRNAs）,，它們是由長(zhǎng)度大約20個(gè)核苷的短小的核糖核酸（RNAs）組成的。它們的靶標(biāo)是位于水稻細(xì)胞DNA反向鏈上它們直接面對(duì)的基因,。
除了發(fā)現(xiàn)一種新的遺傳開關(guān),，以及對(duì)其路徑和進(jìn)化獲得了一些了解——這對(duì)一種養(yǎng)活了世界大多數(shù)人的谷物的健康具有重要意義，這項(xiàng)新研究還可能有助于科學(xué)家在其他生物中尋找這種新型基因調(diào)控因子,，包括人類,。微RNA（microRNAs）調(diào)控著人類30%的基因,，因此對(duì)于人類健康和發(fā)育至關(guān)重要。
微RNAs是小分子RNA,，在調(diào)控細(xì)胞過程（包括細(xì)胞的發(fā)育及其對(duì)壓力的響應(yīng)）中扮演著一個(gè)關(guān)鍵的角色,。這些小分子與特定的信使RNA分子結(jié)合，后者攜帶著給細(xì)胞的用于制造特定蛋白質(zhì)的指令,。這種結(jié)合通常會(huì)導(dǎo)致植物細(xì)胞中的信使RNA降解,。“當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)這些新型分子的時(shí)候，我們使用了一種深層測(cè)序的手段用來發(fā)現(xiàn)新的微RNAs,，”Green說,。“這些微小的RNA分子是一種特殊的微RNA，它們擁有和靶標(biāo)‘反義’的配置,。這是一個(gè)令人激動(dòng)的發(fā)現(xiàn),。我們相信它們可能在許多生物中存在，”她指出,。
此前科學(xué)家已經(jīng)在水稻中發(fā)現(xiàn)了大約240種微RNAs,。利用一種稱為大規(guī)模平行測(cè)序（MPSS）的高通量基因測(cè)序技術(shù)，特拉華大學(xué)的這個(gè)科研團(tuán)隊(duì)分析了6個(gè)水稻樣本中的超過400萬小分子RNAs,，結(jié)果找到了24種新的微RNAs,，包括一組獨(dú)特的新分子，稱為自然反義微RNAs,。
當(dāng)一個(gè)基因即將制造蛋白質(zhì)的時(shí)候,，它的雙鏈解旋。第一條鏈稱為“正義”轉(zhuǎn)錄本,，它產(chǎn)生了攜帶制造特定蛋白質(zhì)的配方的信使RNA,。然而，另外一條鏈可能制造出一個(gè)互補(bǔ)反義的RNA分子,，它們有時(shí)候會(huì)阻止蛋白質(zhì)的制造,，因此也就關(guān)閉了基因，或者說使基因“沉默”,。
在這個(gè)新發(fā)現(xiàn)中,，正義信使RNA和反義RNA的運(yùn)作方式不同，不同的片段相互剪接,。這些剪接差異把正義與反義鏈的配對(duì)能力限制在了一個(gè)包含了微RNA的小區(qū)域內(nèi),。此外，自然反義微RNA前體的剪接會(huì)形成一個(gè)發(fā)夾結(jié)構(gòu),，而發(fā)夾結(jié)構(gòu)是制造任何微RNA所必需的,。
Green指出，這類微RNA沒有存在于常見的研究用植物擬南芥中,。擬南芥是一種雙子葉植物——在種子萌發(fā)時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)葉片（子葉）的一類植物,。然而,，特拉華大學(xué)的研究組在單子葉植物中發(fā)現(xiàn)了這種新型的微RNA。單子葉植物是只有一片子葉的植物,，例如水稻,、玉米和其他谷類植物。
“我們發(fā)現(xiàn)了這些新型微RNA,，靶點(diǎn)以及正義—反義轉(zhuǎn)錄構(gòu)造保存在單子葉植物中,，這表明這種路徑至少有5000萬年的歷史，” Meyers指出,。Green說,，研究的下一步將是設(shè)法理解微RNAs如何幫助水稻響應(yīng)有害環(huán)境狀況，諸如干旱或者獲得營養(yǎng)物質(zhì)受限,。
此外,，特拉華大學(xué)的研究組目前正在分析許多植物的小分子RNAs，從而確定這類新的微RNA是否可能存在于更廣泛的單子葉植物或其他植物中,。“比較基因組學(xué)是理解微RNA進(jìn)化和多樣性的一個(gè)重要手段,，而且它有潛力告訴我們這類自然反義微RNA是在什么時(shí)候首先進(jìn)化出來的，” Meyers說,。（來源：Eurekalert!中文版）
生物谷推薦原始出處：
（PNAS）,，vol. 105 | no. 12 | 4951-4956，Cheng Lu, Blake C. Meyers and Pamela J. Green
Genome-wide analysis for discovery of rice microRNAs reveals natural antisense microRNAs (nat-miRNAs)
Cheng Lu, Dong-Hoon Jeong, Karthik Kulkarni, Manoj Pillay, Kan Nobuta, Rana German, Shawn R. Thatcher, Christopher Maher,, Lifang Zhang , Doreen Ware ,¶, Bin Liu||, Xiaofeng Cao||, Blake C. Meyers, and Pamela J. Green,
Department of Plant and Soil Sciences and Delaware Biotechnology Institute, University of Delaware, Newark, DE 19711; Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY 11724; Department of Biomedical Engineering, Stony Brook University, Stony Brook, NY 11794; ¶North Atlantic Area Plant, Soil, and Nutrition Laboratory Research Unit, U.S. Department of Agriculture/Agricultural Research Service, Ithaca, NY 15853; and ||National Key Laboratory of Plant Genomics and Center for Plant Gene Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China
Edited by Xiaoyu Zhang, University of Georgia, Athens, GA, and accepted by the Editorial Board January 15, 2008 (received for review September 14, 2007)
Small RNAs (21–24 nt) are involved in gene regulation through translation inhibition, mRNA cleavage, or directing chromatin modifications. In rice, currently 240 microRNAs (miRNAs) have been annotated. We sequenced more than four million small RNAs from rice and identified another 24 miRNA genes. Among these, we found a unique class of miRNAs that derive from natural cis-antisense transcript pairs. This configuration generates miRNAs that can perfectly match their targets. We provide evidence that the miRNAs function by inducing mRNA cleavage in the middle of their complementary site. Their production requires Dicer-like 1 (DCL1) activity, which is essential for canonical miRNA biogenesis. All of the natural antisense miRNAs (nat-miRNAs) identified in this study have large introns in their precursors that appear critical for nat-miRNA evolution and for the formation of functional miRNA loci. These findings suggest that other natural cis-antisense loci with similar exon–intron arrangements could be another source of miRNA genes.
