谷子RNA干扰相关酶类基因家族的鉴定与分析
2021-08-03张司雯罗皓天王禹茜李清竹王红艳
张司雯,邓 欣,王 龙,罗皓天,王禹茜,王 月,李清竹,王红艳
(辽宁大学生命科学院/ 植物表观遗传与进化实验室,辽宁沈阳 110036)
RNA 干扰(RNA interference,RNAi)现象普遍存在于动物和植物中,是一种在进化上高度保守的基因表达调节机制。其是在3种核心酶类的作用下,利用双链RNA(double-stranded RNA,dsRNA)诱导形成的小RNA(small RNA, sRNA),对目标序列的mRNA进行降解从而特异性地阻断或抑制相应基因表达的过程[1-2]。与RNA 干扰相关的酶类主要包含三大类:Dicer 酶、Argonautes(AGO)蛋白家族、RNA 依赖的RNA 聚合酶(RNA-dependent RNA polymerases,RDRs),分别参与RNA 干扰过程中的启动阶段、效应阶段和扩增阶段[3-4]。其中,RNA 干扰的启动阶段需要通过多种途径产生dsRNA,例如DNA的双向转录途径、自身互补的RNA 折叠途径或异常合成的mRNA 的RNA 依赖性转录途径等[5]。然后,互补的dsRNA 被具有RNaseⅢ型活性Dicers蛋白加工成长度为21~26个核苷酸的小干扰RNA(small interfering RNA, siRNA)或微小RNA (microRNA,miRNA)。其中一条RNA 通过AGO蛋白与沉默效应复合物(RNA-induced silencing complex,RISC)结合,使这些复合物序列具有特异性的导向功能,从而找到与sRNA 互补的靶RNA,进而通过阻断翻译或裂解靶mRNA 而导致靶基因的沉默或阻遏。这些sRNA 还可以通过将组蛋白和/或DNA 甲基转移酶募集到靶基因的调控序列中介导转录基因沉默[5-6]。
目前已知的所有动植物中均存在Dicer、AGO和RDR 基因的多个拷贝,并且部分基因的功能已被阐明[4]。以禾本科为例,水稻(Oryza sativa)中含有8个DCL类基因,分别是OsDCL1a、OsDCL1b、OsDCL1c、OsDCL2a、OsDCL2b、OsDCL3a、OsDCL3b、OsDCL4[4,7]。其中,OsDCL1在水稻miRNA 的加工过程中起到了十分重要的作用[8]。OsDCL3a和OsDCL3b的dsRB(double-stranded RNA‐binding)结构域差异很大,因此有学者建议将其归类为完全不同的第五类Dicer 蛋白[7]。OsDCL4负责正常植物发育所需的21个核苷酸的反式作用干扰小RNA(trans-acting siRNA, ta-siRNA)的加工[8-9],且与水稻穗部的sRNA 生成有关[10]。……
