复旦大学生命科学学院郑丙莲课题组 在植物miRNA领域取得重要研究进展
MicroRNA (miRNA) 是一类由内源基因编码的长度约为21-24个核苷酸的非编码RNA 分子，它们通过调控基因表达参与动植物中众多的生长发育和疾病发生。miRNA的产生在动植物中非常保守，已知miRNA由具有颈环结构的初级转录本经过Dicer复合物的切割产生的。近年来围绕Dicer复合物组分的鉴定及其识别茎环结构底物的分子机制研究进展迅速，但关于Dicer复合物本身的调控以及如何整合环境信号来协调miRNA产生的精细调控机制仍不清楚。
近日，复旦大学生命科学学院研究员郑丙莲课题组发现植物的Dicer复合物受到磷酸酶PP4/SMEK1介导的去磷酸化的调控，而且这种调控与植物面临干旱类似的胁迫有关。6月5日，该研究成果发表于《细胞》(Cell)子刊生物类综合期刊《发育细胞》(Developmental Cell)。
动物中发现Dicer复合物主要成员TRBP的功能发挥需要MAPK通路介导的磷酸化，而植物中Dicer复合物主要成员TRBP的同源蛋白HYL1的功能发挥则需要CPL1/2介导的去磷酸化。同时二者都被证明在体内容易被降解。那么，动植物中介导Dicer复合物组分磷酸化调控的激酶和磷酸酶是否存在保守性？
课题组通过遗传学、生物化学和细胞生物学的手段鉴定了磷酸酶复合物PP4/SMEK1通过拮抗MAPK的激酶活性介导了HYL1的去磷酸化，最终保证植物体内正常的miRNA产生。课题组首先发现smek1突变体中全基因组范围内的miRNA含量显著下降，进一步研究证明SMEK1通过稳定HYL1蛋白促进miRNA的产生。在体内，SMEK1作为调节亚基与催化亚基PPX1/PPX2一起组装成有活性的磷酸酶PP4复合物，并证明HYL1就是PP4/SMEK1的底物。同时，SMEK1本身作为MAPK通路的抑制因子，以双重机制确保HYL1的去磷酸化。不同于磷酸酶CPL1/2可能在特定的发育阶段调节HYL1的去磷酸化，PP4/SMEK1通过整合环境因子协调miRNA产生，因为SMEK1蛋白本身受到干旱条件下产生的脱落酸ABA的显著诱导。这项研究首次在激酶MAPK和磷酸酶PP4/SMEK1之间建立了联系，为深入研究植物miRNA产生和环境因子变化的关系提供了重要线索。同时，鉴于PP4/SMEK1复合物在动植物中的高度保守性，课题组的研究为揭示动物中Dicer复合物的磷酸酶提供了重要线索。
图注： A, smek1突变体发育异常； B, smek1突变体miRNA水平下降； C, SMEK1与HYL1互作；D, SMEK1/PP4复合物共定位；E, 植物Dicer复合物组分HYL1的磷酸化调控模型。
该研究受到国家基金委“优秀青年基金”和面上项目的资助。论文第一作者为复旦大学生命科学学院博士研究生苏传斌，郑丙莲为论文的通讯作者。郑丙莲入选中组部2012年“青年千人计划”，长期从事植物小RNA的功能和作用机制研究，已在《基因发育》（Genes & Development）、《植物细胞》(The Plant Cell)、《美国科学公共图书馆-遗传学》(PLoS Genetics)等国际知名期刊发表多篇重要研究论文。（封面制图 冯宇嘉）