Nature：寄生過程“microRNAs制導(dǎo)炮彈”被發(fā)現(xiàn)

發(fā)稿時間：2018-01-11來源：天昊生物

俗話說：“道高一尺，魔高一尺二”，生命世界中類似的爭斗也從未停止過。2018年1月8日發(fā)表在Nature上的一篇文章，就發(fā)現(xiàn)寄生植物菟絲子這個“小魔頭”，通過發(fā)射“microRNAs（miRNAs）精準制導(dǎo)炮彈”來定向降解宿主體內(nèi)的mRNAs，達到破壞宿主防御系統(tǒng)的目的。

文章題目：MicroRNAs from the parasitic plant Cuscutacampestris target host messenger RNAs寄生植物菟絲子體內(nèi)microRNA靶向寄主信使RNA

發(fā)表期刊：Nature 發(fā)表時間：2018-1-4

摘要一覽：

菟絲子（Cuscuta spp.）是一類生理構(gòu)造特別的寄生植物，它可以利用莖攀附在其他植物的莖部，通過特化的吸器進入宿主直達韌皮部，吸取水和養(yǎng)分維持生存。

菟絲子寄生表型圖（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

通過菟絲子吸器這一特殊結(jié)構(gòu)，病毒、蛋白和mRNAs等可以進行雙向運動，但是這些物質(zhì)運動的生物學(xué)功能目前卻知之甚少。本文研究人員發(fā)現(xiàn)，在寄生擬南芥過程中，菟絲子的吸器處可以積累許多新的miRNAs，其中許多長度為22個核苷酸。植物中這類長度miRNAs不常見，常常通過次級小干擾RNA（siRNA）產(chǎn)物介導(dǎo)靶基因沉默。本研究表明，在寄生過程中，幾種22 nt長度的miRNAs可以靶向宿主擬南芥mRNAs，導(dǎo)致mRNAs的裂解、次級siRNAs產(chǎn)生和降低mRNAs的積累。宿主中編碼靶向mRNAs的兩個基因座上的突變使得菟絲子更加快速的生長，在菟絲子寄生宿主擬南芥過程表達和活化的miRNAs同樣在菟絲子侵染煙草過程中也有表達和活化，許多其他植物的同源mRNAs中也被預(yù)測為菟絲子miRNAs的靶點。這些結(jié)果表明，菟絲子miRNAs作為多類宿主基因表達調(diào)節(jié)者，具有類似侵染過程中毒性因子的作用。

研究方法：

小RNA測序、qRT-PCR、RNA雜交等。

研究內(nèi)容及結(jié)果：

文章首先利用小RNA測序方法，分析寄生過程中三種組織，即寄生菟絲子莖部組織(parasite stem,PS)、菟絲子和擬南芥的寄生吸器接觸部位組織(interface, I)和宿主擬南芥莖部組織（host stem, HS）里miRNA的種類及表達差異情況（篩選miRNA僅用了兩次生物學(xué)重復(fù)，這是怎么被Nature審稿人放過的？）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)有76個菟絲子小RNA在接觸部位組織中顯著上調(diào)，并用RNA雜交實驗進一步驗證了結(jié)果（圖1）。

圖1、菟絲子寄生接觸部位miRNAs誘導(dǎo)情況

a)寄生接觸部位(interface, I)與菟絲子莖部 (parasite stem,PS)組織里miRNAs的表達差別圖。b)菟絲子寄生誘導(dǎo)的miRNA發(fā)夾前體預(yù)測二級結(jié)構(gòu)圖，不同顏色代表核苷酸的不同測序深度。c)接觸部位誘導(dǎo)產(chǎn)生的22 ntmiRNAs雜交圖。

在發(fā)現(xiàn)的76個小RNAs中，有26個為22 ntmiRNAs，這些相較21 nt的miRNAs在植物中更少見，并且與二級siRNA的積累有很強的聯(lián)系。研究人員最終證明了這些誘導(dǎo)產(chǎn)生的22 nt的miRNAs不少是來源與菟絲子的，并且可以通過siRNA及自身作用等機制靶向宿主擬南芥的mRNAs，對TIR1、AFB2、AFB3、BIK1、SEOR1和HSFB4等表達進行抑制（圖2、3）。

圖2、菟絲子miRNAs造成宿主mRNAs沉默和階段性siRNA生成情況

a)小RNA測序分析三種組織中，擬南芥SEOR1比對上的菟絲子miRNA（ccm-miR12480）情況，r.p.m.代表reads per million。b) 寄生接觸組織中比對到SEOR1上的siRNA長度和極性分布情況。c) 雷達圖顯示在21個核苷酸相位中寄生接觸過程誘導(dǎo)產(chǎn)生的siRNA片段情況。d) 5’-RLM-RACE產(chǎn)物結(jié)果。

圖3、菟絲子miRNA的作用及其靶標

a) 擬南芥在寄生接觸部位和對照莖部的部分mRNA積累情況的qRT-PCR結(jié)果。b)菟絲子寄生不同擬南芥基因型的RNA雜交結(jié)果。c) 菟絲子寄生不同宿主的生物量。

為了探尋這種寄生機制是否在其他雙子葉植物中同樣存在，研究人員在煙草中也進行了相關(guān)實驗，通過圖4結(jié)果，說明這種機制在煙草中同樣存在。

圖4、菟絲子靶向宿主mRNA的保守性分析

a)菟絲子寄生過程針對不同靶基因產(chǎn)生的miRNA預(yù)測結(jié)果。b) 菟絲子寄生煙草（Nb）、擬南芥（At）接觸和對照組織，以及侵入前菟絲子對照組織小RNA雜交結(jié)果。c, d) RACE結(jié)果及互補位點煙草TIR1同系物結(jié)果情況。

結(jié)論：

• 寄生植物菟絲子在寄生過程中，在吸器部位可以積累許多新的miRNAs。
• 產(chǎn)生的許多長度為22個核苷酸miRNAs，可以通過小干擾RNA（siRNA）介導(dǎo)宿主靶基因沉默，進而破壞宿主防御體系，促進寄生植物自身生長。
• 這種現(xiàn)象在其他宿主植物，如煙草中同樣存在。

昊感受：面對這樣一篇Nature文章，可能本身需要做的實驗并不太多，就連生物學(xué)重復(fù)都不強求三次以上，關(guān)鍵是要找準科學(xué)問題、選好實驗材料及對照，剩下的工作可能就是幾次small RNA-seq和幾個qRT-PCR能夠搞定的。還在猶豫什么，趕快拿出您手邊的珍貴材料，來試一試天昊生物的small RNA-seq、全轉(zhuǎn)錄組測序和qRT-PCR檢測服務(wù)吧。