特拉華大學的科學家與美國國內(nèi)外的同事合作，發(fā)現(xiàn)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(shù)人口的主要糧食來源。這項發(fā)現(xiàn)發(fā)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(yǎng)活了世界大多數(shù)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(diào)控因子，包括人類。微RNA（microRNAs）調(diào)控著人類30%的基因，因此對于人類健康和發(fā)育至關重要。
微RNAs是小分子RNA，在調(diào)控細胞過程（包括細胞的發(fā)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(zhì)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)。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(jīng)在水稻中發(fā)現(xiàn)了大約240種微RNAs。利用一種稱為大規(guī)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(zhì)的時候，它的雙鏈解旋。第一條鏈稱為“正義”轉錄本，它產(chǎn)生了攜帶制造特定蛋白質(zhì)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(zhì)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(fā)現(xiàn)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(qū)域內(nèi)。此外，自然反義微RNA前體的剪接會形成一個發(fā)夾結構，而發(fā)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(fā)時出現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(huán)境狀況，諸如干旱或者獲得營養(yǎng)物質(zhì)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。