Molecular Plant：光照促进拟南芥去黄化幼苗存活的新机制

来源：BioArt植物

撰文 | SHR

光照可以调节植物多个发育过程，如种子萌发、开花、昼夜节律、幼苗去黄化（de-etiolation）以及庇荫反应等，其中幼苗去黄化过程变化最为显著。黄化苗细胞的光受体感知光信号，并通过相互作用的转录因子迅速改变下游靶基因表达从而导致转录组显著变化以及去黄化表型出现【1,2】。

MicroRNA（miRNA）是一种小的非编码RNA，在mRNA降解或翻译抑制中起作用。成熟的miRNAs是由较长的初级转录物（primary miRNA transcripts，pri-miRNA）经过一系列酶切反应产生的，该加工过程需要核心“微处理器”（microprocessor）的参与，包括III型RNAse酶DCL1（DICER-LIKE1）以及两种RNA结合蛋白SE（SERRATE )和HYL1（HYPONASTIC LEAVES1）【3】。研究表明光照可以调节植物miRNA的加工过程，比如MIRNA基因表达以及HYL1的表达和定位的变化【4】。此外，光诱导的植物发育（如拟南芥下胚轴的伸长）也会受到miRNA及其生物发生组分的影响【5】。但是目前幼苗去黄化过程中光信号与miRNA生物发生之间的关系仍不清楚。 

近日，韩国Yonsei University的Seong Wook Yang和Seok Keun Cho课题组在Molecular Plant 在线发表了一篇题为Light triggers the miRNA-biogenetic inconsistency for de-etiolated seedling survivability in Arabidopsis thaliana的研究论文，解析了光照对去黄化过程中miRNA"微处理器组件" 功能以及miRNAome表达谱的调节机制。

该研究发现，黄化苗的pri-miRNA和miRNA加工的"核心微处理器组分"丰度较低，但是在光照处理后的去黄化过程中，DCL1、SE和HYL1的基因转录水平和蛋白丰度显著增加。研究人员还对光信号途径对"微处理器"蛋白水平的影响进行了研究，发现"微处理器"组分蛋白的积累受到红光和远红光以及蓝光的诱导，说明单色光可以通过其光受体单独触发"微处理器"组分蛋白的积累。 

有趣的是，miRNAome分析和进一步的长期光照试验结果表明，在暗形态到光形态发生的过渡期间，大多数miRNA的转录水平没有显著变化甚至出现部分miRNA水平的降低，但是"微处理器"组分和pri-miRNA则显著积累，这种现象被称为miRNA生物发生非一致性。该研究发现，这种非一致性是由于某种未知抑制剂的存在，该抑制剂会抑制光诱导的miRNA加工酶（如DCL1）活性，导致许多pri-miRNA的积累和miRNA的减少。"微处理器"活性降低可以解释某些miRNA（如miR160和miR319）的微小波动，但是不能解释某些miRNA（如miR156和miR159）显著下调。进一步研究表明，miRNA降解酶SDN1（SMALL RNA DEGRADING NUCLEASE 1）在光形态发生过程中高表达，SDN1会缩短脱黄化苗中的miRNA的半衰期。总之，MIR基因表达（pri-miRNA转录水平）、"微处理器"活性以及miRNA衰减三者共同决定了光形态发生过程中的miRNA水平。

Graphical abstract of the miRNA-biogenetic inconsistency 

综上所述，该研究提出了一种新的机制，即miRNA生物发生非一致性，对光诱导的去黄化过程中miRNA水平的复杂调节。该机制对经历长期暗形态后去黄化幼苗的生存及其对不断变化光照条件的适应性至关重要。 

参考文献

【1】 Wang, Q., Zuo, Z., Wang, X., Gu, L., Yoshizumi, T., Yang, Z., Yang, L., Liu, Q., Liu, W., Han, Y.-J., et al.  (2016). Photoactivation and inactivation of Arabidopsis cryptochrome 2. Science 354:343-347.

【2】 Tepperman, J.M., Zhu, T., Chang, H.-S., Wang, X., and Quail, P.H. (2001). Multiple transcription-factor genes are early targets of phytochrome A signaling. Proceedings of the National Academy of Sciences 98:9437-9442.

【3】 Kurihara, Y., Takashi, Y., and Watanabe, Y. (2006). The interaction between DCL1 and HYL1 is important for efficient and precise processing of pri-miRNA in plant microRNA biogenesis. RNA (New York, N.Y.)  12:206-212.

【4】 Mancini, E., Sanchez, S.E., Romanowski, A., Schlaen, R.G., Sanchez-Lamas, M., Cerdan, P.D., and Yanovsky, M.J. (2016). Acute Effects of Light on Alternative Splicing in Light-Grown Plants. Photochemistry and photobiology 92:126-133.

【5】 Sun, Z., Li, M., Zhou, Y., Guo, T., Liu, Y., Zhang, H., and Fang, Y. (2018). Coordinated regulation of Arabidopsis microRNA biogenesis and red light signaling through Dicer-like 1 and phytochrome- interacting factor 4. PLoS genetics 14:e1007247.

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1674205219303375