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生物系郭红卫教授在Current Opinion in Plant Biology在线发表特邀综述性文章

生物系郭红卫教授在Current Opinion in Plant Biology在线发表特邀综述性文章

日期 2016 12 21/分类 学术研究

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  生物系郭红卫教授在著名生物学综述性期刊《Current Opinion in Plant Biology》在线发表了题为“mRNA decay in plants: both quantity and quality matter”的特邀综述性文章(http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369526616302217)。该综述论文系统总结了近年来植物信使RNA (mRNA)代谢和mRNA质量监控研究领域的最新进展,并重点探讨了mRNA降解机制在植物生长发育中的重要作用。

  郭红卫教授的主要研究方向是植物激素的信号转导机制以及基因转录后沉默的调控机理。近年来郭红卫课题组深入研究了mRNA降解抑制转录后基因沉默的分子机制,并获得了重大突破,研究成果于2015年发表在《Science》杂志(http://science.sciencemag.org/content/348/6230/120.long)。

  真核生物中,mRNA的降解对于mRNA的数量和质量调控都发挥关键的作用。成熟的mRNA在细胞中作为模板指导蛋白质的合成,而参与蛋白质翻译的mRNA的数量受到精确调控。这一过程不仅取决于基因的转录水平,也决定于mRNA的降解速率。mRNA 降解主要包括多聚腺苷酸尾(polyA tail)的去除,脱帽(decapping)和核酸酶(ribonuclease)的消化。传统观点认为mRNA的降解只有完全退出蛋白翻译才能发生。新近的研究表明,植物细胞中mRNA也可以在蛋白翻译进行的同时被核酸酶消化,即mRNA逐步退出蛋白翻译过程与其降解是偶联的过程。为保证蛋白翻译的准确性,植物细胞主要通过依赖翻译的mRNA质量监控机制进行缺陷mRNA的分选及清除,从而实现mRNA质量的调控。这些mRNA质量监控机制同时也可以作为一种基因表达调控方式精细调节植物生长发育及环境适应性。在有缺陷的mRNA不能被核酸酶及时清除时,植物启动依赖小RNA的转录后基因沉默途径(PTGS, posttranscriptional gene silencing)加以剪切使其丧失功能。转录后基因沉默作为一种防御手段清除过量产生的异常mRNA尤其是外源基因表达的mRNA,同时mRNA降解途径确保转录后基因沉默极少作用于内源编码基因。该综述对上述过程的分子机制及其在植物中的生物学功能进行了梳理论述,并展望了植物领域关于mRNA动态降解以及mRNA的数量和质量监控机制有待研究的问题。
11 Figure 1.  Disruption of bidirectional RNA decay exhibits RDR6-dependent developmental defects and transcriptomic alterations. (A) Rosette morphology of 3-week-old plants of indicated genotypes. Scale bar, 1 cm.
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Figure 2. Accumulation of cellular aberrant mRNAs from invading genes but not coding genes are channeled to RDR6-mediated posttranscriptional gene silencing. In plant cells, aberrant mRNAs are normally substrates of the 5’-3’ and 3’-5’ mRNA decay pathways in the cytoplasm. High loading of aberrant transcripts from invading genes such as transgenes and viral genes overrides the mRNA surveillance and decay mechanisms and are subjected to posttranscriptional gene silencing that involves RDR6, SGS3, DCL2/DCL4, AGO1. Meanwhile, the majority of endogenous coding genes do not undergo gene silencing because of the efficient elimination of aberrant transcripts produced during mRNA biogenesis or after their exit from translation.

  郭红卫教授为该文的通讯作者,张新岩博士(现于美国普渡大学从事博士后研究)为第一作者,南方科技大学作为论文第一单位。该综述得到了国家自然科学基金委、北大-清华生命科学联合中心和南方科技大学的基金支持。

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