《植物小RNA的功能及作用机理》

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siRNA和miRNA等小RNA是植物细胞内重要的表观遗传调控元件,在植物生长发育、对逆境的响应、抵抗病毒侵染和维持基因组稳定性等诸多生物过程中起到重要的调控作用。研究小RNA的生物学功能和作用机理,不仅可以解析小RNA调控这一真核生物中保守的基因表达调控机制,并且有助于发现调节植物增产、抗逆等优良性状的新元件,具有重要的科学意义和潜在利用价值。项目组围绕植物小RNA的发现、功能和作用机制开展了系统研究,取得的主要原创性成果如下:1)发现并命名了两类新型小RNA:参与DNA修复的diRNA和介导靶基因DNA甲基化的ImiRNA。DNA双链断裂(DSB)可以导致突变、基因组不稳定性甚至细胞死亡,DSB的修复对保持基因组的完整性和细胞的存活至关重要。项目组发现在DSB位点会产生一种被命名为diRNA的新型小RNA,并证明diRNA为DSB修复所必需,揭示了小RNA的一种新功能,开辟了DNA损伤修复研究的新方向。项目组还发现一类24 nt长的miRNA (ImiRNA),可介导靶基因DNA甲基化进而抑制其表达。这一发现揭示了miRNA介导DNA甲基化方面的新功能。2)阐明了植物小RNA进入AGO蛋白的分拣机制。小RNA必须通过与AGO蛋白结合形成效应复合体发挥其功能。植物基因组编码多个AGO蛋白,不同AGO特异性地结合不同的小RNA。AGO蛋白结合小RNA的选择性由什么因子决定尚不清楚。项目组发现植物小RNA的5'末端核苷酸决定了其结合AGO蛋白的特异性,阐明了小RNA进入AGO蛋白的分拣机制这一小RNA研究领域的重要问题。3)揭示了植物siRNA和miRNA通路中新的重要调控步骤。siRNA可与AGO4结合介导转座子DNA甲基化,维持基因组的稳定性。项目组发现,siRNA在细胞质内与AGO4结合形成效应复合体,被选择性地转运至核内介导DNA甲基化,揭示了siRNA进入效应阶段之前的一个关键调控点。另外,项目组还发现了Importin B蛋白可以通过影响miRNA进入AGO1的效率来调节miRNA的活性。此外,项目组还首次在单细胞衣藻中发现miRNA,表明miRNA在多细胞生物的进化前已经出现。这一发现改变了关于miRNA仅存在于多细胞生物的观点。项目组还开发了人工miRNA技术,用于衣藻基因功能研究。项目组的研究成果发表在Cell (2篇)、Molecular Cell (2篇)、Plant Cell (2篇)、Genes &Development (1篇)和Plant Journal (1篇)等期刊上,累计影响因子127。八篇代表性论文迄今已被SCI他引共1105次,单篇最高他引431次。多项研究成果得到Nature、Cell等国际一流学术期刊的亮点评价。其中报道diRNA的论文被Cell杂志评为2012年度最佳论文之一。

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