New Phytologist | 中科院分子植物卓越中心研究团队揭示RNA脱腺苷化调控转座子抑制的新机制

近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心、中国科学院-英国约翰英纳斯中心植物和微生物科学联合研究中心Jungnam Cho研究组在New Phytologist发表了题为“The CARBON CATABOLITE REPRESSION 4A-mediated RNA deadenylation pathway acts on the transposon RNAs that are not regulated by small RNAs”的研究论文，揭示了RNA脱腺苷化调控转座子抑制的新机制。

转座子（TEs） 是基因组中广泛存在的可移动遗传元件，其活跃转座造成基因组的不稳定性，从而对宿主的发育造成威胁。有大量文献表明，植物中转座子的活性一方面受到组蛋白修饰及染色质构象的限制，另一方面则由siRNA介导RdDM途径所抑制【1】。而逃避这种转录抑制或新引入宿主基因组的TEs，由RDR6-SGS3复合物识别，该复合物产生21/22 nt siRNA并进一步启动表观遗传沉默【2】。值得注意的是，在拟南芥中，仅有大约三分之一的转座子的转录活性与21/22-nt siRNA相关，而不依赖siRNA的转座子的转录后抑制在很大程度上是未知的。

在课题组之前的研究中，研究人员发现转座子的次优密码子使用导致核糖体停滞和RNA切割【3】，由翻译终止和核糖体停滞引起的异常mRNA是通过RNA质量控制途径所降解，由此研究人员提出假设：mRNA 质量控制途径可能参与转座子的调控。

RNA poly（A）尾的脱腺苷化是RNA降解之前的一个限速步骤，主要由CCR4-NOT复合体介导，拟南芥中RNA 脱腺苷酶CCR4a、CCR4b、CAF1a和CAF1b是CCR4-NOT复合体的重要组成部分。

研究人员通过在ccr4a-1, ccr4b-1，caf1a-1caf1b-3突变体及野生型背景中采用CRISPR-Cas9技术敲除DDM1引入表观遗传突变，并评估了其转座子 RNA 水平，发现 RNA 脱腺苷酶CCR4a 的缺失会导致拟南芥中转座子的强烈活跃，而这些转座子通常不受 RDR6 介导的途径调控。

图1：CCR4a调控的转座子与RDR6不同

进一步的牛津纳米孔直接RNA测序（ONT-DRS）发现，CCR4a 会缩短poly（A）尾长度，破坏转录本的稳定性，并降低转座子的mRNA 水平。接下来通过全基因组重测序和液滴数字 PCR（ddPCR）实验检测 TE 的跳跃情况，并观察到脱腺苷酶突变体中转座子的移动显著增加。这表明，细胞质 RNA 质量控制途径参与调控TEs的转座从而增强宿主基因组的稳定性。

图2：CCR4a 会缩短所有转录本（左）和转座子RNA（右）poly（A）尾长度，破坏转录本的稳定性

综上所述，该研究提出了一种迄今未知的由 RNA 脱腺苷酸化介导的转座子抑制机制，揭示了宿主维持基因组完整性策略的复杂性。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心Jungnam Cho研究员为论文通讯作者。中国科学院分子植物科学卓越创新中心已毕业博士生王令和博士生李慧为论文共同第一作者，上海辰山植物园杨俊/王红霞课题组为该论文提供了DRS测序支持，该研究得到了国家自然科学基金以及上海市自然科学基金的资助。

参考文献：

【1】Matzke MA, Mosher RA. 2014. RNA-directed DNA methylation: an epigenetic

pathway of increasing complexity. Nature Reviews Genetics 15: 394-408.

【2】Lee SC, Ernst E, Berube B, Borges F, Parent J-S, Ledon P, Schorn A, Martienssen RA. 2020. Arabidopsis retrotransposon virus-like particles and their regulation by epigenetically activated small RNA. Genome Research 30: 576-588.

【3】Kim EY, Wang L, Lei Z, Li H, Fan W, Cho J. 2021. Ribosome stalling and SGS3 phase separation prime the epigenetic silencing of transposons. Nature Plants 7: 303-309.

http://doi.org/10.1111/nph.19435