ta-siRNA异常合成机制的研究及其调控网络的重构

Trans-acting small interfering RNAs (ta-siRNAs) play an important role in the regulation of gene expression in plants. Our previous studies have shown that many ta-siRNAs in different sizes and from different phases are missing in the canonical model of ta-siRNA synthesis. Theoretically, lots of new ta-siRNAs and their targets will be found based on our updated model. And the ta-siRNA-mediated gene regulatory networks will then be reconstructed. Though it can be used to explain the origin of the ta-siRNAs produced through non-canonical synthesis pathway, and to find the novel ta-siRNAs, some aspects of the updated model are still unclear. Specifically, according to the previous reports, the production of the canonical ta-siRNAs depends on RDR6 and DCL4. Since DCL4 catalyzes the processing of the dsRNAs into 21-nt phased siRNA duplexes, it cannot explain the processing of ta-siRNAs in other sizes. We also found that some of the genes targeted by the 22-nt ta-siRNAs could not enter into the synthesis pathway for secondary ta-siRNA generation. This anomaly indicates that the current ta-siRNA triggering models are imperfect. The in-depth studies on these questions are expected to find new ta-siRNA synthesis pathway(s) and update the current ta-siRNA synthesis model.

反式作用干扰小RNA (ta-siRNA) 在植物基因表达调控中起着重要作用。我们前期的研究表明,ta-siRNA经典合成模型遗漏了不同相位、不同长度的ta-siRNAs。理论上,利用修正模型对模式植物进行挖掘,将会发现大量新的ta-siRNAs及其靶基因。在此基础上,我们将重构ta-siRNA介导的基因表达调控网络。虽然修正模型可以解释异常ta-siRNAs的来源并帮助寻找新的ta-siRNAs,但其具体的工作机理目前还有许多不清楚的地方。根据文献报道,ta-siRNA的加工依赖RDR6-DCL4通路, 但DCL4切割的步长是21 nt,无法解释其它长度ta-siRNAs的来源。我们还发现了ta-siRNA激发模型无法解释的异常现象:由22nt siRNA切割的靶基因并不都能进入下一级ta-siRNAs的合成途径。对这些异常现象的深入研究有望发现新的ta-siRNA合成通路和激发模型。

ta-siRNA是植物中重要的调控基因。我们在拟南芥LncRNA中发现了8条全新的sRNA 激发的phase RNA合成通路，其中有3条在模式植物中保守，由于目前报道的植物中保守phase RNA合成通路非常少，这一发现具有重要的意义。进一步的研究还发现了他们产生了5条ta-siRNA, 参与了植物发育、抗逆和芳香族氨基酸合成。在水稻中，我们也获得了5个21-nt 的ta-siRNA合成途径和5个24-nt 的phaseRNA合成途径。进一步研究表明，11条21-nt 长度的新的 ta-siRNAs 靶向了41个基因，参与了水稻生长和发育调控；5条24-nt长度的新的 phasiRNAs 靶向了OsCKI1基因的启动子，导致了花序中该基因高甲基化，表明其参与了OsCKI1基因的转录调控。在大豆种子中，我们找到了13个新的 miRNA-targets,并发现22nt的iso-gma-miR393h激发了 5条靶基因产生了phase RNA的合成。对水稻miRNA新基因挖掘，找到了24个新的miRNA,并发现了10对新的miRNA-targets。其中一条22nt miRNA能切割靶基因，但并不能激发phase RNA的合成。分类统计分析表明，能激发phaseRNA合成的22 -nt 长度的miRNA/siRNA具有保守序列：U（N6）A。我们还开发了一个全新的挖掘软件：sRNATargetDigger,它包括两个功能模块：“正向挖掘”和“反向挖掘”，可以双向挖掘sRNA-target对。此外，它还能够识别共同调控同一靶点的未知sRNA，以获得更真实可靠的sRNA靶点调控网络, 对miRNA，ta-siRNA等调控小RNA的功能研究具有重要的意义。