近日，我室夏瑞课题组（华南农业大学园艺学院）与美国唐纳德.丹佛斯植物科学中心的Dr. Blake Meyers研究组合作，在国际知名植物学杂志The Plant Cell（五年累积影响因子：10.529）发表了题为“The emergence, evolution, and diversification of the miR390-TAS3-ARF pathway in land plants”的研究论文(链接为http://www.plantcell.org/content/29/6/1232)。该研究收集大量的植物基因组和转录组数据，主要利用比较基因组学和生物信息学分析，详细阐述了miR390-TAS3-ARF这一通路在陆生植物中的产生，进化和多样化过程。这一研究使得我们进一步弄清楚了这一小分子RNA（miR390和tasiARF）参与的植物生长素信号转导调控途径的主要基本特性和具体作用机制。
图1论文首页
生长素是主要植物激素之一，它参与植物生长发育全方位调控。miRNA在生长素的信号转导途径中发挥着重要作用。miR390是植物中非常保守的miRNA之一 ，它通过作用在TAS3（trans-acting siRNA gene）上诱导产生21个碱基长的tasiRNA（trans-acting siRNA），从而靶向ARF（Auxin Responsive Factor）基因。在模式植物拟南芥中miR390特异地装载到包含有AGO7的沉默复合体（RISC）上，通过”Two-Hit”（两个miR390的靶向位点）的机制作用在AtTAS1上，然后诱导两个tasiARF（tasiRNA靶向ARF基因）的产生，这两个tasiARF序列相似，都可以作用在AtARF2/3/4基因上。但是更为原始的苔藓植物中的TAS3与被子植物的TAS3存在明显的序列上的差异。目前在植物中的进化分析主要都集中在蛋白编码基因上，而在非编码基因的研究很少，而miR390-TAS3-ARF这一通路很具有代表性，它包含一个miRNA基因，一个非编码的TAS3基因和一个编码蛋白的ARF基因，因此以这一通路为对象进行进化分析，具有很强的新颖度。
图2数据分析流程图
图3陆生植物中miR390-TAS3-ARF通路的进化过程
本研究收集158种植物的基因组和1000植物转录组数据（OneKP），从大量物种中鉴定出来成百上千的MIR390，AGO7，TAS3，ARF2/3/4的同源基因，通过细致的比对分析，发现（如图2所示）：（1）MIR390除了在miRNA/miRNA*位置上保守外，其回环结构的下部茎结构（lower-stem）也相对比较保守，可能为了保证miRNA的精准切割；（2）直到种子植物的出现，AGO7（miR390的特异作用蛋白）才从其原始祖先基因特化出来；（3）TAS3序列的变化可能是伴随着维管植物的产生而发生的，其中tasiARF的序列是由miR390的一个靶位点通过序列复制而衍变过来；（4）虽然TAS3主要是通过“Two-Hit”机制，由3’ miR390位点按3’à5’诱导tasiARF的产生，但是在双子植物中可能存在双向的两个miR390位点都能诱导tasiARF产生的机制；（5）ARF2/3/4基因中的tasiARF的作用位点比它们的功能结构域更为保守，表明tasiARF的靶位点在进化过程中存在很强的选择压力。该研究揭示非编码基因具有跟编码基因不一样的进化模式，以及miR390-TAS3-ARF通路中各成员在陆生植物中的多样性，为进一步探索该途径在植物中的生物学功能和作用机制提供很好的参考。
（图文 亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室）
