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逆境中心朱健康研究组揭示SnRK2蛋白激酶调控miRNA合成的新机制

2017年4月18日,PLoS Genetics杂志在线发表了中国科学院上海植物逆境生物学研究中心朱健康研究组题为“The SnRK2 kinases modulate miRNA accumulation in Arabidopsis”的研究论文。该项研究揭示了植物ABA信号转导和渗透胁迫的关键蛋白激酶SnRK2参与了miRNA生物合成的调控。

microRNA(miRNA)是是一种广泛存在于动植物体内的长度为20-24个核苷酸的非编码的小RNA。通过调控mRNA的剪切和翻译,miRNA参与了植物生长发育、胁迫应答等许多生物学过程。III型核糖核酸酶DCL1、锌指蛋白SE以及双链RNA结合蛋白HYL1是miRNA合成复合体的核心组分。已知植物激素脱落酸和渗透胁迫应答途径能够影响miRNA的积累,但详细的分子机制并不清楚。

逆境中心朱健康研究组发现植物激素脱落酸和渗透胁迫应答途径的核心组分SnRK2蛋白激酶能调控miRNA合成途径中的核心组分,并调控miRNA的合成。在模式植物拟南芥中,SnRK2蛋白激酶家族共有10个成员(SnRK2.1-SnRK2.10)。其中,snrk2.2/2.3/2.6三突变体对ABA不敏感,而缺失所有SnRK2成员的snrk2十突变体缺乏适应渗透胁迫的能力,对渗透胁迫敏感。朱健康研究组发现snrk2.2/2.3/2.6突变体中,miR160等miRNA的含量降低,对应的miRNA的前体(pri-miRNA)以及靶基因表达增加。在snrk2三突变体和十突变体中HYL1蛋白含量降低。进一步的研究表明HYL1和SE蛋白可能是SnRK2蛋白激酶的磷酸化底物 。该研究发现了SnRK2蛋白激酶在miRNA合成过程中的重要作用,并初步揭示了ABA和渗透胁迫调控miRNA合成的分子机制。

该工作得到了中国科学院等经费的支持。

论文链接:http://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1006753




A novel function of SnRK2 protein kinases in regulation of miRNA biogenesis


Soil-grown snrk2.2/3/6 mutant exhibits some miRNA deficiency morphological defects (A-D).
(A) Comparison of the phenotype of 3-week-old plants of different genotypes grown in soil under normal growth room conditions.
(B) Comparison of wild type and snrk2.2/3/6 mutant rosette and cauline leaves.
(C) Comparison of the plant stature and siliques of 2-month-old wild type and snrk2.2/3/6 mutant.
(D) The snrk2.2/3/6 mutant exhibits abnormal silique phyllotaxy. Arrow heads indicate altered silique phyllotaxy of snrk2.2/3/6 mutant.
Reduction of miRNA abundance in soil-grown snrk mutant (E).
Expression of selected miRNAs in rosette leaves of 3-week-old wild type, snrk2.2/2.3, snrk2.6, snrk2.2/3/6, snrk2.1/4/5/7/8/9/10, hyl1-2 and se-1.
Members of SnRK2 family kinases may be associated with the miRNA biogenesis components SE and HYL1 (F-G). 
(F) and (G) Split luciferase assay of the interaction between SE (F) or HYL1 (G) and SnRK2s in wild type Arabidopsis protoplasts.

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