PBJ | 上海师范大学周晓艺团队揭示植物嵌合RNA的跨物种保守特征及种内多样性

责编 | 王一

生物的转录组世界纷繁复杂，除了与基因序列一一对应的mRNA以外，还有许多神奇有趣的RNA形式。其中，嵌合RNA是指包含来自不同基因转录序列的拼合转录本。它既包括DNA重排导致基因融合的直接转录产物，也包括没有DNA基础仅发生在转录水平（“非经典”转录事件）的嵌合转录本。从线虫到人类，几乎所有真核生物中都有嵌合RNA的存在。作为遗传信息的非线性表达形式，它们扩展了转录组的复杂性，增加了基因组的信息内容，可以为生物的适应性进化提供更多的机会。目前我们对于嵌合RNA的了解主要集中于医学领域：基因融合产生的嵌合RNA在许多肿瘤病变中起着关键的作用，有的已成为治疗的药物靶点或诊断的分子标志物。然而，除基因融合外，大量“非经典”转录产生的嵌合RNA的产生机制是什么？它们是有规律的转录事件还是随机副产物？它们与基因组遗传信息有怎样的关联？模式植物个体的可复制性、遗传操作的便捷性和丰富的品种资源，为探究这些问题提供了新的可能性。

近日，上海师范大学周晓艺团队在国际著名植物期刊Plant Biotechnology Journal在线发表题为Conserved features and diversity attributes of chimeric RNAs across accessions in four plants的研究文章。该研究通过对754个“跨物种-跨品种-跨组织时期” 样本的转录组数据分析，系统描绘了水稻、玉米、大豆和拟南芥的多品种/生态型中嵌合RNA的全景图，揭示了嵌合RNA在物种间的保守特征和同一物种品种间的多样性，为分析嵌合RNA的来源和功能提供了线索。

研究团队在四个物种中分别鉴定出数百至数千个嵌合RNA，它们大部分是仅发生在转录水平的“非经典”转录本，通过在独立植株中的sanger测序验证，证实嵌合RNA是非随机的稳定转录本。通过比较四个物种中嵌合RNA发生的位置、断点序列特征、来源基因的表达特征及功能分析发现，嵌合事件倾向于发生在表达水平相当的基因之间，并发现了高频断点基序的存在。

在同一物种的不同品种之间，嵌合RNA表现出丰富的多样性。用嵌合事件对品种进行的聚类，与以DNA变异为基础的聚类呈现出高度一致性，证实了嵌合事件的发生与遗传变异存在高度相关性。该研究对代表性的嵌合转录本进行了详细分析，包括LC-MS/MS验证嵌合蛋白、RACE确定全长转录本、嵌合RNA及源基因组织表达模式、转基因植株表型等，相应结果为嵌合RNA的生物学功能提供了重要线索。

有意思的是，该研究还发现了一例水稻中DNA水平的基因融合和仅发生在转录水平的“收敛”嵌合事件。在Basmati水稻的基因组中，1号染色体上一个12 kb 的缺失导致了两个相邻基因的融合，产生对应的嵌合转录产物；但在另一个水稻品种N22的基因组上，该位置不存在这个12kb的缺失，两个基因并未在DNA水平上融合，却在转录时产生了和Basmati完全一样的嵌合转录本。该案例提示了“非经典”转录事件与遗传变异之间的潜在关系。

上海师范大学研究生丛嘉和张思楠（已毕业）为本文的共同第一作者，周晓艺副研究员和邱杰副研究员为本文共同通讯作者。上海师范大学魏鑫教授、研究生张绮、于熙婷、黄佳志参与了该工作。本研究得到国家重点研发计划2023ZD04073，国家自然科学基金(32370671) 和上海市自然科学基金 (22ZR1445800)的支持。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14437