MicroRNA研究为作物改良奠定了基础

微小核糖核酸可以使植物更能抵御干旱、盐度、病原体等。然而，在《自然植物》杂志发表的一项研究中，德克萨斯州a&；M AgriLife Research的科学家们展示了我们对植物生产它们的复杂过程知之甚少

微小RNA是可以引导蛋白质减少基因表达的小分子，而工程人工版本使科学家能够针对特定基因进行作物改良

“尽管这些microRNA分子非常微小，但它们的影响是巨大的，”德克萨斯州A&；amp；C大学Christine Richardson Endowed教授Xiuren Zhang博士说；M农业与生命科学学院生物化学与生物物理学系，得克萨斯A&；M艺术与科学学院生物系，该研究的首席研究员

利用精确的突变和巧妙的实验设计，德克萨斯州a&；M AgriLife的研究人员重新评估了模式生物拟南芥中microRNAs的分布，发现只有不到一半的microRNAs被正确识别为microRNAs，而其他则被错误分类或需要进一步调查

除了阐明拟南芥中真正的microRNA分子外，这项研究还为在其他作物甚至动物中重复分析提供了一种有效的实验设计，这可能需要类似的审查。该团队的发现还帮助他们制定了设计人工microRNAs的最新指南，为玉米、小麦、大豆和水稻等作物的改良打开了大门

研究生研究助理严兴兴和博士后研究员李昌浩博士是该研究的共同第一作者

十年前的一项努力

MicroRNAs的长度约为21至24个核苷酸。但张说，在植物中，它们的前体有各种形状和大小

由于前体的结构多样性，确定哪些关键特征对其加工最重要一直是一个挑战，这使得microRNAs如何在植物中产生的问题在很大程度上尚未得到探索和验证

张说，大约10年前，他和他的实验室发现了前体microRNA结构上的一个环和第一个切割位点之间的模式。这种初始切割具有重要意义，因为它决定了成熟microRNA分子上的第一个核苷酸，这是将其引导到细胞中正确位置的重要因素

不幸的是，根据计算模型，在拟南芥中326个假定的microRNA前体中，只有少数具有张实验室发现的理想参考环

张说：“这些模型是基于纯化学的。”。“他们只关注自由能，即最稳定的形式。但这无法解释为什么这么多不同的前体最终会产生相同大小的产物。”张的实验室没有依赖这些模型，而是试图验证植物中的microRNA前体。他们想找到前体上的第一个切割位点，并确认它们在细胞内的结构决定因素

出乎意料的发现

为了做到这一点，研究人员对dicer蛋白进行了高度特异性的突变，顾名思义，dicer蛋白负责精确切割microRNA前体。通常，蛋白质的作用就像双手握住双链前体RNA，并在释放RNA分子之前同时切割每条链中的一个位点

“我们在dicer样蛋白的两个位置分别进行了点突变，使其具有半主动性，”Yan说。“这样，他们只能切割一条链并在进一步加工前停止。这让我们有机会捕获microRNA前体的中间产物，告诉我们最初的加工位点和第一个核苷酸。”

他们的结果表明，326个假定的microRNA前质中只有147个与dicer蛋白明确相互作用，将其标记为真正的microRNA前驱体。81个完全没有相互作用，这表明它们应该被重新分类为不同类型的RNA。大约100个需要进一步调查

该团队还使用了一种先进的高通量技术和新的计算方法来绘制天然细胞条件下microRNA前体的结构，并发现在147个真正的microRNA分子中，约95%的细胞结构与计算机预测不同

李说：“我们发现了几个与预测和文献完全不同的结果。”。“我们能够将生化结果与下一代测序相结合以获得更多信息，现在我们对结构的理解要准确得多。”

未来

该团队仍有更多的microRNA前体在拟南芥中进行验证，但张说，他们很高兴能开展合作，研究农作物中的microRNA加工，以获得更实际的应用

他说：“我们想更多地了解其他作物中有什么样的microRNAs，它们是如何加工的，以及我们如何在其中制造人工microRNAs。”

“这项研究提供了可以广泛使用的资源，现在我们可以用它来重新审视其他作物，找出需要纠正的地方，看看我们还能用这个工具做什么。”