【www.fsgl168.com--科技】
冲绳科技研究生院(OIST)的研究人员揭示了“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。
他们的研究结果发表在今天的“自然通讯”上，揭示了特定的非编码基因组区域对于水稻雄性和雌性生殖器官的正常发育是必不可少的。
该研究论文的通讯作者、OIST科技集团副研究员Reina Komiya博士说：“水稻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。” “进一步研究这些基因组区域是如何影响植生殖的，可能会潜在地提高水稻的生产潜力和更稳定的产量。”
以前的许多发育研究都集中在基因上--DNA中提供制造蛋白质指令的部分。 但在像植物和动物这样的复杂生物中，很大一部分基因组-通常在90%-98%之间--实际上并不编码蛋白质。
长期以来，这种“垃圾DNA”的广袤一直让生物学家感到困惑，许多人称其为基因组的“暗物质”。 但最近的研究表明，这些非编码基因组区域中的许多终究可能具有某种功能，从而导致非编码RNA的产生。
科学家们现在已经确定了多种类型的非编码RNA，从长度只有20-30个核苷酸碱基的小分子到超过200个核苷酸的长分子，不一而足。 尽管研究表明，非编码RNA在基因表达的调节中起着至关重要的作用--基因的指令被用来制造RNA或蛋白质的过程--但每个特定的非编码RNA的确切功能仍然知之甚少。
小宫博士对生殖特异性RNA特别感兴趣。 “这些是作为生殖系统形式产生的非编码RNA。我想要揭示它们在植物雄蕊(植物的雄性和雌性生殖器官)的发育过程中所起的作用。”他说：“这些RNA是以生殖系统的形式产生的。我想要揭示它们在植物的雄蕊和雌蕊的发育过程中所起的作用。”
制造突变体。
在这项研究中，Komiya博士的团队专注于一种生殖特异的microRNA--一类主要的非编码小RNA，称为microRNA2118。
科学家们通过删除基因组中包含产生microRNA2118的特定DNA序列的多个副本的区域来创造突变水稻品系。 他们发现，突变株是不育的，雄蕊和雌蕊的结构出现异常。
小宫博士说：“这意味着microRNA2118在雄蕊正常发育过程中的作用对植物的繁殖力至关重要。”
揭示RNA和探测蛋白质。
为了更深入地研究microRNA2118如何控制花药的发育，科学家们随后确定了哪些其他分子受到microRNA2118的影响。
他们发现，microRNA2118触发了长的非编码RNA的裂解，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，这是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。” “我们希望在进一步的研究中找出这些小RNA的确切功能，以及核苷酸组成的这种差异是否重要。”
科学家们还发现，两种只在雄蕊中产生的Argonaute蛋白依赖于microRNA2118的存在。 先前的研究表明，Argonaute蛋白与小RNA联手执行许多调节功能，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，从而触发次级小RNA的产生。 这些蛋白质还可能与次级小RNA相互作用，使基因组的特定区域沉默。 该团队希望在进一步的研究中确切地阐明Argonaute蛋白和次级小RNA是如何影响植物生殖系统的发育的。
“生殖是将遗传信息传递给下一代的重要现象，对维持稳定的产量供应至关重要。然而，生殖系统的发展是复杂的，许多方面仍然未知，”小宫博士总结道。 这项研究表明，来自基因组中被认为是非功能性区域的非编码RNA对植物生殖至关重要。进一步探索非编码RNA是一个令人兴奋和重要的研究领域。
Journal Reference:
Saori Araki, Ngoc Tu Le, Koji Koizumi, Alejandro Villar-Briones, Ken-Ichi Nonomura, Masaki Endo, Haruhiko Inoue, Hidetoshi Saze, Reina Komiya. miR2118-dependent U-rich phasiRNA production in rice anther wall development. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-16637-3
版权作品，未经PaperRSS书面授权，严禁转载，违者将被追究法律责任。
PaperRSS，关注生命科学，高校院所科研进展。