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水稻中發現新型“基因開關”

【水稻中發現新型“基因開關”】特拉華大學的科學家與美國國內外的同事合作 ， 發現了一種新型分子——一種“微型開關”——它可以關閉水稻的基因 。水稻是全世界超過半數人口的主要糧食來源 。這項發現發表在了3月25日出版的美國《國家科學院院刊》（PNAS）上 。
這項研究是由特拉華大學CrawfordGreenewalt植物科學教授PamelaGreen以及植物和土壤科學副教授BlakeMeyers領導的 ， 他們發現的新型分子稱為自然反義微RNA（nat-miRNAs） ， 它們是由長度大約20個核苷的短小的核糖核酸（RNAs）組成的 。它們的靶標是位于水稻細胞DNA反向鏈上它們直接面對的基因 。
除了發現一種新的遺傳開關 ， 以及對其路徑和進化獲得了一些了解——這對一種養活了世界大多數人的谷物的健康具有重要意義 ， 這項新研究還可能有助于科學家在其他生物中尋找這種新型基因調控因子 ， 包括人類 。微RNA（microRNAs）調控著人類30%的基因 ， 因此對于人類健康和發育至關重要 。
微RNAs是小分子RNA ， 在調控細胞過程（包括細胞的發育及其對壓力的響應）中扮演著一個關鍵的角色 。這些小分子與特定的信使RNA分子結合 ， 后者攜帶著給細胞的用于制造特定蛋白質的指令 。這種結合通常會導致植物細胞中的信使RNA降解 。“當我們發現這些新型分子的時候 ， 我們使用了一種深層測序的手段用來發現新的微RNAs ， ”Green說 。“這些微小的RNA分子是一種特殊的微RNA ， 它們擁有和靶標‘反義’的配置 。這是一個令人激動的發現 。我們相信它們可能在許多生物中存在 ， ”她指出 。
此前科學家已經在水稻中發現了大約240種微RNAs 。利用一種稱為大規模平行測序（MPSS）的高通量基因測序技術 ， 特拉華大學的這個科研團隊分析了6個水稻樣本中的超過400萬小分子RNAs ， 結果找到了24種新的微RNAs ， 包括一組獨特的新分子 ， 稱為自然反義微RNAs 。
當一個基因即將制造蛋白質的時候 ， 它的雙鏈解旋 。第一條鏈稱為“正義”轉錄本 ， 它產生了攜帶制造特定蛋白質的配方的信使RNA 。然而 ， 另外一條鏈可能制造出一個互補反義的RNA分子 ， 它們有時候會阻止蛋白質的制造 ， 因此也就關閉了基因 ， 或者說使基因“沉默” 。
在這個新發現中 ， 正義信使RNA和反義RNA的運作方式不同 ， 不同的片段相互剪接 。這些剪接差異把正義與反義鏈的配對能力限制在了一個包含了微RNA的小區域內 。此外 ， 自然反義微RNA前體的剪接會形成一個發夾結構 ， 而發夾結構是制造任何微RNA所必需的 。
Green指出 ， 這類微RNA沒有存在于常見的研究用植物擬南芥中 。擬南芥是一種雙子葉植物——在種子萌發時出現兩個葉片（子葉）的一類植物 。然而 ， 特拉華大學的研究組在單子葉植物中發現了這種新型的微RNA 。單子葉植物是只有一片子葉的植物 ， 例如水稻、玉米和其他谷類植物 。
“我們發現了這些新型微RNA ， 靶點以及正義—反義轉錄構造保存在單子葉植物中 ， 這表明這種路徑至少有5000萬年的歷史 ， ”Meyers指出 。Green說 ， 研究的下一步將是設法理解微RNAs如何幫助水稻響應有害環境狀況 ， 諸如干旱或者獲得營養物質受限 。
此外 ， 特拉華大學的研究組目前正在分析許多植物的小分子RNAs ， 從而確定這類新的微RNA是否可能存在于更廣泛的單子葉植物或其他植物中 。“比較基因組學是理解微RNA進化和多樣性的一個重要手段 ， 而且它有潛力告訴我們這類自然反義微RNA是在什么時候首先進化出來的 ， ”Meyers說 。