拟南芥5’ tsRNA的生成机制及生物学功能研究

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转运RNA(transfer RNA,tRNA)作为一种适配分子在蛋白质合成过程中起到重要作用。tRNA由接受臂、D环/臂、TψC环/臂、反密码子环/臂和可变环组成三叶草状二级结构。其中,D环和TψC环上分别具有丰富的二氢尿苷(dihydrouridine,D)修饰和假尿嘧啶核苷(pseudouridine,ψ)修饰,D环和TψC环因此而得名。tRNA能够被切割产生tRNA衍生的小RNA(tRNA-derived small RNA,tsRNA)。D环上切割生成的5’ tsRNA广泛存在于真核生物中,但这些tsRNA生成机制及功能尚不清楚。本研究中,我们首先对拟南芥中5’ tsRNA的生成机制进行探究。我们发现大多数5’ tsRNA 3’端具有2’,3’-环磷酸结构(cyclic phosphate,cP)。能够产生3’-cP的S-like RNase T2家族核酸内切酶RNS1和RNS3参与调控大部分5’ tsRNA的生成。RNS1/3调控的5’ tsRNA切割点-1和+1位存在明显的GU富集,+1位的U通常被修饰为D。D修饰由二氢尿苷合成酶(dihydrouridine synthase,DUS)催化。在拟南芥中,有五个编码DUS的基因(DUS1-DUS5)。DUS1和DUS5基因的突变影响5’ tsRNA的积累,说明D修饰可能促进RNS1/3介导的5’ tsRNA的生成。此外,我们发现5’ tsRNA中丰度最高的5’tsR-Ala,可与ARGONAUTE 1(AGO1)结合,负调控其靶标基因CYP71A13表达。在3-噻唑-2’-基-吲哚(camalexin)合成通路中,CYP71A13将吲哚-乙醛肟(indole acetaldoxime,IAOx)转化为吲哚-3-乙腈(indole-3-acetonitrile,IAN),然后将IAN脱水,从而参与植物抵抗腐生真菌入侵。我们发现rns1、rns3、dus1、dus5、dus1 dus5突变体和敲低5’tsR-Ala的转基因植物中,CYP71A13表达水平升高,camalexin积累量增多,植物对灰霉菌(Botrytis cinerea)抗性增强。有意思的是,灰霉菌的侵染可下调包括5’tsR-Ala在内的5’ tsRNA的生成,这与灰霉菌的侵染的情况下D修饰的下调相一致。根据这些研究结果,我们提出了D修饰是一个动态过程,在病原菌入侵过程中可被调控以增强植物抗病性。本文建立了正常生长状态和真菌入侵状态下5’ tsRNA的产生与D修饰之间的联系,阐明了5’ tsRNA的产生机制,并揭示了5’ tsRNA在抵抗真菌入侵过程中的生物学功能。
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