拟南芥核苷酸转移酶HESO1、URT1协同参与mRNA降解代谢的机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31900396
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    王晓彦
  • 依托单位：
    北京师范大学
  • 学科分类：
    C0603.表观遗传调控
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The process of mRNA degradation is considered to be pivotal part of mRNA abundance regulation. 3’ uridylation emerges as key modification promoting mRNA degradation in eukaryotes, but the mechanism remains largely unknown in plants. In this study, we explores the function and significance of HESO1 and URT1 in mRNA uridylation. Analysis of high order mutants of HESO1, URT1, XRN4 and SKI2 demonstrates the redundancy and specificity of HEOS1 and URT1 in mRNA degradation. Through this study, we aim to show the importance and specificity of HESO1 and URT1 in mRNA turnover and the downstream mechanism for uridylated mRNA decay. Our results will present a new sight into mRNA stability regulation.
3’末端的尿苷化修饰对mRNA的稳定性有重要影响。植物中mRNA的尿苷化修饰及后续降解机制仍知之甚少。本项目拟对拟南芥核酸转移酶HESO1、URT1参与mRNA尿苷化修饰的分子机制及调控功能展开研究。通过构建HESO1、URT1与mRNA降解关键基因（XRN4、SKI2等）的多突变体组合，观察发育及分子表型，进而判断HESO1、URT1在介导mRNA尿苷化功能中冗余性及特异性，以及其尿苷化功能的重要性。利用拿到的多突变体材料，进一步综合遗传学、分子生物学、生物化学等研究手段，试图鉴定HESO1、URT1在底物识别上的异同点，并揭示尿苷化mRNA的后续降解机制。通过本项目的研究，将阐明HESO1、URT1在mRNA降解代谢中的调控作用及其生物学意义，研究结果也将拓展我们对mRNA降解代谢的认知。

结项摘要

RNA 3’末端尿苷化修饰（RNA uridylation）是一种重要的转录后修饰方式，广泛存在于真核生物中。尿苷化对RNA的稳定性起重要调控作用，如尿苷化的RNA会进一步被下游因子（如核酸外切酶）识别，继而引发RNA失稳或降解。植物中存在多种RNA降解途径，对细胞内的RNA进行质量监控或主动清除。参与胞质mRNA降解的主要成员包括3’到5’的核酸外切酶XRN4和5’到3’的外切体（exosome）及SKI复合体（SKI2/SKI3/SKI8）。其中SKI复合体介导靶标RNA的解旋和线性化，协助外切体清除mRNA。当正常的mRNA降解途径受阻时，异常积累的mRNA会被RNA依赖的RNA聚合酶RDR6加工成双链RNA，双链RNA经植物体内Dicer酶（DCL2/4）加工，产生“非法”siRNA（illegitimate siRNA）。这些siRNA通过顺式或反式作用反馈切割靶标RNA，从而导致siRNA的大量扩增。在植物中，关于RNA尿苷化机制及尿苷化在mRNA降解代谢中的功能认知十分有限，RNA尿苷化对植物发育调控的重要性也并不清楚。本项目通过构建拟南芥RNA尿苷化酶HESO1、URT1和RNA降解相关的系列突变体，发现heso1 urt1 ski2突变体叶片明显黄化，光合能力减弱，植物生长迟缓。全基因组sRNA-seq鉴定到157个编码蛋白的基因位点显著积累了“非法”siRNA，其中卡尔文循环关键酶基因TKL1位点积累的“非法”siRNA丰度最高，达到“非法”siRNA总量的1/3。同时，转录组测序表明在产生“非法”siRNA的编码基因中，TKL1的表达丰度严重降低，而其他基因的表达丰度则未受显著影响。代谢组分析显示，heso1 urt1 ski2突变体中卡尔文循环代谢产物积累紊乱，光合能力显著降低。进一步研究表明，“非法”siRNA是造成TKL1及其同源基因TKL2的表达丰度下调的原因，阻断siRNA合成途径可以恢复heso1 urt1 ski2突变体中TKL1/2的表达丰度和叶片黄化表型。本研究揭示了植物RNA尿苷化酶HESO1、URT1和SKI复合物成员SKI2协同参与TKL1 mRNA的质量监控，抑制“非法”siRNA的积累，确保植物光合作用的有序进行。

项目成果

期刊论文数量（3）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Establishment of an efficient early flowering-assisted CRISPR/Cas9 gene-editing system in Arabidopsis
拟南芥高效早花辅助CRISPR/Cas9基因编辑系统的建立
  • DOI：
    10.1007/s00299-022-02944-0
  • 发表时间：
    2022-11
  • 期刊：
    Plant Cell Reports
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Kangwen Lao;Yinlin Xiao;Qing Huang;Beixin Mo;Xianxin Dong;Xiaoyan Wang
  • 通讯作者：
    Xiaoyan Wang
NTP4 modulates miRNA accumulation via asymmetric modification of miRNA/miRNA* duplex
NTP4 通过 miRNA/miRNA 双链体的不对称修饰调节 miRNA 积累
  • DOI：
    10.1007/s11427-020-1803-9
  • 发表时间：
    2020-09-09
  • 期刊：
    SCIENCE CHINA-LIFE SCIENCES
  • 影响因子：
    9.1
  • 作者：
    Kong, Wenwen;Dong, Xianxin;Wang, Xiaoyan
  • 通讯作者：
    Wang, Xiaoyan
Uridylation and the SKI complex orchestrate the Calvin cycle of photosynthesis through RNA surveillance of TKL1 in Arabidopsis.
拟南芥中尿苷化和 SKI 复合物通过 TKL1 的 RNA 监视协调光合作用的卡尔文循环
  • DOI：
    10.1073/pnas.2205842119
  • 发表时间：
    2022-09-20
  • 期刊：
    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
  • 影响因子：
    11.1
  • 作者：
  • 通讯作者：

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其他文献

基于神经网络和数值模型的重点区域PM_(2.5)预报比较分析
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    李健军
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  • 作者：
    王锐;王晓彦;吴小丁
  • 通讯作者：
    吴小丁

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

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本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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