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RNA沉默是一种存在于真核生物中调控基因表达的机制,siRNAs(smallinterfering RNAs)和miRNAs(microRNAs)则是两类主要在真核生物中参与该调控机制的小RNAs。古菌是除原核生物和真核生物外的一种独特的生命形式,尽管在不同种的古菌中存在大量长度大于50nt的非编码RNAs,关于古菌中是否存在类似于真核生物的、能够在转录后水平上对基因的表达进行调控的20-24nt之间的小RNAs还知之甚少。
通过Solexa高通量测序及生物信息学分析技术,我们发现在极端嗜热古菌Sulfolobus solfataricus p2(Ssp2)中存在大量长度在20nt左右的小RNAs,其中包括按顺序排列的(phased)小RNAs及潜在的miRNAs。利用RNA杂交技术,我们证实了一些潜在miRNA的表达,并且发现在Ssp2细胞裂解液的作用下,较高的反应温度更有利于体外转录的潜在的miRNA前体被切割,形成成熟的潜在miRNAs。我们预测到了一些潜在miRNAs的靶基因,进一步的分析发现切点都位于预测的互补配对区域的下游,这有些类似于植物中由miRNA介导的对TAS转录本的切割。我们还发现了很多28-29nt的小RNAs来源于Ssp2基因组中的CRISPR(clustered regularlyinterspaced short palindromic repeats)重复序列间区,这些重复序列在细菌和古菌的防御系统中起了重要作用。我们的结果为进一步深度研究古菌中小RNAs的进化及其对古菌基因的调节作用提供了有价值的资源。
RNA沉默具有非细胞自主性,与病毒诱发的基因沉默一样,沉默信号能够以共质体的形式通过胞间连丝进行细胞与细胞间的传递,也可以通过韧皮部进行长距离的系统性传递。但目前为止,遗传学上的筛选方法还未能鉴定到协助沉默信号进行移动的蛋白。本实验室早期用甲基磺酸乙酯(ethy1 methanesulfonate,EMS)对之前构建的基于CLX系统的、PDSi表达受雌激素诱导的拟南芥转基因株系(At-PDSi)进行诱变处理,获得了一批内源PDS发生改变的突变体。
本研究中,我们对其中一株PDS沉默表型减弱的突变体进行了研究,通过图位克隆技术,鉴定到突变的基因为RPS19A。RPS19A是核糖体40S小亚基复合物中的一个蛋白,该蛋白的失活会导致植物出现很多发育缺陷的表型,例如真叶细长,发育迟缓,三级或四级脉管分支减少及育性降低等。RPS19家族有三个成员,RPS19A,RPS19B和RPS19C,三者间有高度的同源性,用人工miRNA的方法对三个基因分别进行敲除,发现RPS19A在植物的发育过程起了主要作用。RNA杂交实验证实RPS19A的突变对18S rRNA的加工也产生了影响,21S pre-rRNA的积累量增多。对rps19a突变体中来源于PDS的siRNAs和沉默途径相关小RNAs的积累量以及重组后的PDSi启动子区的甲基化状态进行分析,发现与对照相比并没有明显改变。因此我们推测RPS19A的突变并没有影响沉默信号的产生,但可能影响了与植物形态发育相关蛋白或者与沉默信号传递通路相关蛋白的翻译,从而间接影响了沉默信号的传递。