何柳莹

摘   要：RNA质量控制（RQC）是细胞内降解功能障碍RNA的机制。SmD1蛋白属于核糖核蛋白颗粒（RNP），影响转录后基因沉默（PTGS）机制。SmD1不通过参与siRNA的生成，也不通过剪接作用影响PTGS。其影响效果的强弱与拟南芥品系自身沉默诱导的强度有关。RQC途径和PTGS途径竞争相似的RNA底物，RNA底物共享可能仅在RQC途径变得低效或受损时发生。内源基因难以产生siRNA并进入PTGS途径。相反，转入基因更易产生大量的异常RNA，从而引发PTGS。SmD1通过限制RQC机制降解转入基因产生的异常RNA，允许异常RNA进入细胞质siRNA体，以促进PTGS。

关键词：拟南芥;SmD1蛋白;RNA质量控制机制;转录后基因沉默机制

1   RNA质量控制（RQC）与转录后基因沉默机制（PTGS）

RNA质量控制是细胞利用核酸内切酶和核酸外切酶降解有功能障碍的RNA。 RQC因子不仅存在于细胞核中，还存在于胞质的siRNA体中。其中，NMD（Nonsense-mediated decay）是细胞质中的一种RQC途径，其可通过降解无义突变产生的过短蛋白，以限制异常RNA的翻译[1]。

核糖核蛋白颗粒（RNP），是RNA与RNA结合蛋白的复合体。反义RNA与RNP复合体结合后，能与mRNA互补形成双链RNA。随后，DICER酶能将上述的双链RNA切成小段的siRNA。siRNA可与RNA诱导沉默复合体结合，由双链变成单链，再与mRNA配对后使之降解[2]。一些转基因植物因能表达反义RNA，RNA干涉途径处于激活状态，将引起转录后基因沉默。SmD1蛋白是RNP的一种，其含有酵母Sm结构域。SmD1在拟南芥中有两种形式，分别为At3g07590（也称为SmD1a）和At4g02840（也称为SmD1b）。smd1a和smd1b分别为SmD1a和SmD1b蛋白突变品系，是PTGS缺陷体[3]。

2   影响PTGS的因素

Moreno等发现，除DCP2、XRN2、XRN3和XRN4的突变外，细胞质去腺苷酸化，NMD成分突变和RQC成分突变也可增强PTGS。因为它们允许转录时单链RNA变成双链RNA，进而触发PTGS。然而，因为反向重复的PTGS（inverted-repeat-PTGS）转录时直接形成发夹式的双链RNA，因此RQC突变对其没有影响。Bardou等探究了SmD1影响PTGS的因素。发现smd1a及smd1b突变体的siRNA的产生量与野生型植株几乎一致，因此SmD1不参与siRNA的生成。Hc1和L1品系分别是把Hc1和L1基因座引入PTGS缺陷体得到的品系，皆携带不含内含子的 p35S：GUS 转基因。Hc1和L1品系smd1b突变体中PTGS改变的程度大不一样，表明smD1影响PTGS的因素与其对DNA的剪接作用无关。

为进一步探究SmD1影响PTGS的效果，Bardou选择了4种拟南芥品系（Hc1、L1、2a3与159），检测各品系的野生型植株和smd1b突变体植株对转入基因的抑制程度。发现SmD1影响PTGS的效果的强弱与品系自身沉默诱导的强度有关。smd1b突变消除了沉默诱导品系强度弱的Hc1品系的PTGS，降低了中等强度品系2a3和159的PTGS效率，并且仅仅减少了沉默诱导品系强品系L1的siRNA积累而不阻断其PTGS。

3   RQC与PTGS的关系

RQC突变的拟南芥中5’～3’核酸外切酶被破坏，而正链介导的转录后基因沉默（S-PTGS）增强，表明RQC途径和PTGS途径竞争相似的RNA底物。Moreno等提出了RQC和S-PTGS之间的单链RNA拔河模型，用于解释RNA降解途径中的底物如何正确分配。并且认为RQC途径和PTGS途径通常可以独立作用，RNA底物共享可能仅在RQC途徑变得低效或受损时发生。

5 '～3'和3'～5'的RNA降解途径独立作用，且都有助于减少转入基因产生的异常RNA的数量，使异常RNA不能进入S-PTGS途径。5’ ～3’和3’ ～5’的 RNA降解途径同时受损时，内源的异常mRNA才可进入PTGS途径，并产生siRNA。内源基因产生异常RNA的可能性较小，即便产生，其含量也不足超过5'～3'和3'～5'两条RNA降解途径的负荷总和。因此内源基因难以产生siRNA并进入PTGS途径。相反，转入基因更易产生大量的异常RNA，只要5'～3'和3'～5'两条RNA降解途径中的一条途径饱和或受损，异常RNA就会进入S-PTGS[4]。

Gy等认为，RQC通过降解转入基因产生的异常RNA来限制PTGS。Bardou等将159/smd1b植株与各种RQC缺陷型突变体杂交，包括mtr4、upf1、upf3、xrn2、xrn3和xrn4，然后产生相应的双突变体。该结果表明，SmD1在MTR4依赖性RQC途径中起作用。159/smd1b 的PTGS程度很低，而PTGS在smd1b upf3、smd1b xrn2、smd1b xrn3和smd1b xrn4双突变体中恢复到野生型水平，即在smd1b突变体中，RQC功能的消失使PTGS恢复正常，证实了smd1b突变

体中PTGS机制的功能未被损害，且证实SmD1通过阻碍RQC机制降解转入基因产生的异常RNA，允许足够量异常RNA进入细胞质中的siRNA体以激活PTGS。

参考文献：

[ 1 ] Beatriz MA，Florian B，Crespi Martin D，et al.Cytoplasmic andnuclear quality control and turnover of single-stranded RNAmodulate post-transcriptional gene silencing in plants[J]. NUC-LEIC ACIDS RES，2013，41（8）.

[ 2 ] Simone M，Maurizio P. RNA interference：learning gene knock-down from cell physiology.[J]. J TRANSL MED，2004，2（1）.

[ 3 ] Emilie EM，Florian B，Federico A，et al.The Nuclear Ribonuc-leoprotein SmD1 Interplays with Splicing，RNA Quality Control，and Posttranscriptional Gene Silencing in Arabidopsis.[J]. PLANTCELL，2016，28（2）.

[ 4 ] Yu A，Saudemont B，Bouteiller N，et al.Second-Site Mutagenesisof a Hypomorphic argonaute 1 Allele Identifi es SUPERKILLER 3 as anEndogenousSuppressor of Transgene Posttranscript-ional Gene Silencing[J]. Plant physiology，2015，169（2）.

（收稿日期：2019-06-27）