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揭示“暗物质” DNA在水稻繁殖中的重要作用

2020-06-22 17:15:48 网络

 

冲绳科技大学研究生院(OIST)的研究人员阐明了“暗物质” DNA的生殖作用-以前似乎没有任何功能的非编码DNA序列。

他们的发现发表在《自然通讯》上,表明特定的非编码基因组区域对于水稻中雄性和雌性生殖器官的正常发育至关重要。

OIST科技集团副研究员Reina Komiya博士说:“稻米是全球主要农作物之一,也是包括日本在内的许多国家的主食。” “对这些基因组区域如何影响植物繁殖的进一步研究有可能导致水稻的生产力提高和产量稳定。”

以前的许多开发研究都集中在基因上-基因部分提供了制造蛋白质的说明。但是在诸如植物和动物这样的复杂生物中,基因组的大部分(通常在90%至98%之间)实际上并不编码蛋白质。

长期以来,这种“垃圾DNA”的泛滥一直困扰着生物学家,许多人将其称为基因组的“暗物质”。但是最近的研究表明,许多这些非编码基因组区域毕竟可能具有功能,从而产生了非编码RNA。

科学家现已鉴定出多种类型的非编码RNA,从长度仅为20-30个核苷酸碱基的小分子到200多个核苷酸的长分子。尽管研究表明,非编码RNA在调节基因表达中起着至关重要的作用-在该过程中,使用基因的指令来制造RNA或蛋白质-每个特定非编码RNA的精确功能仍然知之甚少。

Komiya博士对生殖特异性RNA特别感兴趣。“这些是以生殖系统形式产生的非编码RNA。我想揭示它们在雄蕊和雌蕊,植物的雄性和雌性生殖器官发育中所起的作用。”

制作突变体

在这项研究中,小宫博士的研究小组专注于繁殖特异性microRNA(一种主要的小型非编码RNA),称为microRNA2118。

科学家通过删除基因组的一个区域来创建突变水稻菌株,该区域包含多个复制的特定DNA序列,从而产生了microRNA2118。他们发现突变菌株是无菌的,并在雄蕊和雌蕊的结构中显示出异常。

Komiya博士说:“这意味着microRNA2118在雄蕊和雌蕊正常发育中的作用对于植物的育性至关重要。”

揭示RNA和探测蛋白

为了更深入地研究microRNA2118如何控制花药的发育,科学家随后确定了哪些其他分子受microRNA2118影响。

他们发现microRNA2118触发了长非编码RNA的切割,产生了许多微小的RNA分子,称为次级小RNA。

Komiya博士说:“有趣的是,这些小RNA富含尿嘧啶,尿嘧啶是RNA中发现的四个核苷酸碱基之一,与其他小RNA相比非常不寻常。” “我们希望找出这些小RNA的确切功能,以及核苷酸组成的这种差异是否重要,以便进一步研究。”

科学家还发现,仅在雄蕊中产生的两种Argonaute蛋白依赖于microRNA2118的存在。先前的研究表明,Argonaute蛋白质与小RNA结合在一起执行许多调控功能,例如沉默基因和切割RNA。

因此,Komiya博士的研究小组提出,Argonaute蛋白可能与microRNA2118相互作用以触发次级小RNA的产生。这些蛋白质还可以与次级小RNA相互作用以使基因组的特定区域沉默。该小组希望进一步阐明Argonaute蛋白和次级小RNA如何影响植物生殖系统的发育。

小宫博士总结说:“繁殖是将遗传信息传递给下一代的重要现象,对于维持稳定的产量供应至关重要。但是,繁殖系统的开发十分复杂,许多方面仍然未知。” “这项研究表明,来自基因组区域的非编码RNA被认为是非功能性的,对于植物繁殖至关重要。进一步探索非编码RNA是令人兴奋且重要的研究领域。”

发布:xiuyue

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