Plant Cell | 复旦大学任国栋团队系统解析植物TDMD触发规则，大幅拓展靶标模拟设计空间

miRNA是真核生物基因表达的 关键上游 调控因子，通过引导AGO效应蛋白沉默靶标RNA来发挥功能。 尽管miRNA介导的基因沉默机制本身已被广泛解析，但细胞如何通过选择性清除特定miRNA来重塑基因表达网络，进而调控动植物的发育与环境适应，目前仍所知甚少。 近年来，靶标指导的miRNA降解（Target directed miRNA degradation ，TDMD）提供了一种序列依赖性的 miRNA靶向降解途径 ： 某些 RNA被miRNA-AGO复合体靶向后无法被有效沉默，反而诱导与其结合的miRNA降解，从而逆转经典的“miRNA沉默靶标”模式。 在植物中，这类RNA被称为靶标模拟（Target Mimicry ，TM ），其诱导miRNA降解依赖于F - box型E 3 泛素连接酶HWS。 自2007年首个长非编码RNA靶标模拟 IPS1 在植物中被发现以来，基于 IPS 1 - miR 399 配对的人工靶标模拟（如MIM、STTM）已成为抑制miRNA功能的重要工具，但决定靶标模拟有效性的配对规则仍缺乏系统认识。

近日 ，复旦大学生命科学学院任国栋团队在 Plant Cell 在线发表了题为 Expanding the repertoire of microRNA target mimicry in plants 的研究论文。 该研究系统 解析 了 可有效促发 植物 TDMD 的 miRNA - TM 配对 规律 ，建立了预测内源靶标模拟的计算流程，并成功鉴定到多个内源靶标模拟（eTM），其中 ENODL5 被证实通过HWS依赖的方式在拟南芥花发育过程中微调miR159的水平。

研究 人员 设计了I-型（靶标侧凸起）、X-型（错配）和D-型（靶标侧 缺失 ）三种靶标模拟位点。本氏烟草瞬时表达实验表明，三种类型 在特定位置和大小下 均 可不同程度的 诱导miRNA降解 ，其中 I-型对凸起的大小和位置具有 相对较高的 灵活性 ， 而X-型和D-型 则受到严格限制 。 拟南芥 稳定转基因的表型和分子分析进一步证实了这一规律 （图1） 。 有意思的是，有效靶标模拟均能抵抗miRNA介导的切割，而可被miRNA切割的靶标均 不能诱导miRNA降解，提示 TDMD 途径和miRNA 介导的基因 沉默途径很可能是互斥的。

进一步分析表明，除配对模式外，靶标模拟（TM）的有效性还受多种因素影响。首先，有效的TM通常与miRNA形成热力学稳定性较高的双链结构；其次，功能性eTM显著富集于非编码RNA或编码RNA的非翻译区。例如，在eTM166-2中，其识别位点原本位于编码区，但通过在其上游引入提前终止密码子将其转换至3’-UTR后，可部分恢复其诱导miR166降解的能力。此外，侧翼序列及局部二级结构同样至关重要 ： 相同的识别序列在MIM人工骨架与原生转录本骨架中的活性差异显著，提示侧翼序列和二级结构对TM功能具有重要影响。

图1、基于MIM159骨架的拟南芥稳定转化转基因表型和对应miR159表达水平，miR167为对照。命名规则：I为插入型、X为错配型、D为删除型；G10-11表示非配对区域对应miRNA向导链（Guidestrand）第10-11位。例如I3G10-11表示在miRNAG10-11位靶标侧有3个碱基凸起；X2G12-13表示靶标与miRNA在G12-13位有两个碱基错配；D1G10表示靶标在miRNAG10位有一个碱基缺失（即miRNA侧G10凸起）。

综上，该研究 建立了“中央非配对区+两侧互补茎”的通用TM配对规则框架，并揭示了 miRNA - TM双链热力学稳定性 、 TM位点 非编码 特性 及侧翼 骨架 序列对TM功能的影 响。开发的eTMfinder预测流程为在多种植物中系统鉴定内源靶标模拟及功能研究提 供了有力工具，而不同配对架构的效力差异则为设计具有可调miRNA敲降能力的人工靶标模拟奠定了基础，为作物性状改良提供新的设计思路。

复旦大学生命科学学院樊友宏博士后为论文第一作者，任国栋研究员为通讯作者。该 研究 得到上海市基础研究特区计划和国家自然科学基金项目资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koag265