阿根廷团队最新研究厘清了植物HASTY蛋白在miRNA合成通路中的生化功能

来源：植物生物学

2020年12月30日，Molecular Plant 期刊在线发表阿根廷Universidad Nacional del Litoral— Pablo A. Manavella研究团队题为 “HASTY modulates miRNA biogenesis by linking pri-miRNA transcription and processing”的研究论文。

miRNA广泛存在于生物界，是一类20-24nt大小的非编码RNA，它通过与靶基因的特异性结合直接降解其转录本或介导其发生甲基化来下调靶基因的表达水平。miRNA的生物合成包括转录、加工、修饰和沉默复合体的组装（如图1）。作为人类EXPORTIN5的同源物，植物的HST（HASTY）一直被认为是转运蛋白在此过程中发挥功能。在miRNA基因（MIR）转录出pri-miRNA（miRNA初级转录本）后，经DCL1-SE-HYL1剪切处理与HEN1进行的甲基化1,2，形成双链的miRNA/miRNA*，由HST介导运出细胞核3,4。本文通过以拟南芥突变体作为材料的高等遗传学手段，证实了HST具有独立于转运功能的其他作用：即以N端作为脚手架，促进MIRNA基因位点上转录中介体复合物(Mediator complex)与DCL1的相互作用，从而调控pri-miRNA的转录。

图1 植物miRNA生物合成途径5

在hst15突变体中，核、质中游离miRNA同样处于低水平的反常现象引起了作者的注意，这与广为接受的HST仅作为转运蛋白的功能相悖。之前的研究已经指出，与其他关键蛋白如RAN家族进行互作的主要是HST的N端，这提示作者将hst 突变体中miRNA水平的变化与N端的存在与否关联起来，互补实验证实了这一猜想。进一步的多突、互补以及质谱实验证明RAN1、IMPA-2均与HST存在互作，并影响其亚细胞定位，但这些实验结果却更将HST的功能指向了核内，而非核内到核外的转运。

既然如此，HST是否直接促进了pri-miRNA的生成呢？通过在hst 突变体表达全长HST及缺乏N端的HST并进行小RNA测序，作者发现仅有全长的HST能回补miRNA的表达水平，且miRNA表达水平的下降更接近hyl1、se突变体，暗示HST是否关联DCL1-SE-HYL1复合体行使功能，影响了miRNA的积累。进一步的RIP、RT-qPCR实验证明，HST与DCL1有结合活性，但却并不影响DCL1的剪切功能，且不与pri-miRNA相结合，这又否定了以上猜想。那HST到底行使什么功能，与DCL1的结合又有何意义呢？作者将目光放回了质谱数据上。通过质谱分析，作者找到了一个与HST相结合的转录因子——MED37。BiFC、Y2H和Chip-seq证实HST能够大幅促进DCL1和MED37的结合，并促进MIRNA基因对DCL1的招募，或维持了DCL1与MIRNA基因的稳定结合。据此，作者提出了新的miRNA生物合成Model（图2）。

 图2 HST维持DCL1与MIR的结合

长期以来，植物科学界一直以动物中的研究作为蓝本，在没有直接实验数据的情况下猜测HST具有动物中同源基因的相同功能。这篇文章通过严谨的试验设计与遗传学分析，鉴定了HST的实际功能，改写了植物中miRNA的合成路径，相信对其他动植物同源基因的研究也会有所启示。

参考文献

1. Samad, A.F.A. et al. MicroRNA and Transcription Factor: Key Players in Plant Regulatory Network. Front Plant Sci 8, 565 (2017).

2. Moro, B. et al. Efficiency and precision of microRNA biogenesis modes in plants. Nucleic Acids Research 46, 10709-10723 (2018).

3. Chaves, S.S. et al. New Insights on Coffea miRNAs: Features and Evolutionary Conservation. Applied Biochemistry and Biotechnology 177, 879-908 (2015).

4. Shriram, V., Kumar, V., Devarumath, R.M., Khare, T.S. & Wani, S.H. MicroRNAs As Potential Targets for Abiotic Stress Tolerance in Plants. Frontiers in Plant Science 7(2016).

5. Tyagi, S. et al. Plant microRNAs: biogenesis, gene silencing, web-based analysis tools and their use as molecular markers. 3 Biotech 9(2019).