RNA干擾保護(hù)細(xì)胞抵御了諸如病毒或轉(zhuǎn)基因等入侵的遺傳因子。然而在侵入RNAs遭到攻擊的同時，是什么保護(hù)了細(xì)胞正常的內(nèi)源RNAs呢？來自北京大學(xué)的研究人員在擬南芥中發(fā)現(xiàn)了一個重要的監(jiān)控系統(tǒng)：細(xì)胞通過雙向細(xì)胞質(zhì)衰減(RNA-decay)在抑制內(nèi)源基因沉默保護(hù)正常轉(zhuǎn)錄組的同時，將攻擊焦點集中放在了入侵轉(zhuǎn)錄物上。這一重要的研究成果發(fā)布在4月3日的《科學(xué)》(Science)雜志上。

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的郭紅衛(wèi)（Hongwei Guo）教授是這篇文章的通訊作者。其主要研究方向包括氣體激素乙烯的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及植物激素和環(huán)境信號相互作用的分子機(jī)制，植物器官衰老的激素調(diào)控機(jī)理，小RNA分子和表觀遺傳修飾在激素作用中的調(diào)控機(jī)理，植物激素作用途徑的演化和系統(tǒng)生物學(xué)研究。已在Cell，Science，Nature，PNAS，Development，Plant  Journal等國際頂級學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文多篇，在國際上有著廣泛的學(xué)術(shù)影響。

基因表達(dá)和沉默構(gòu)建起了真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組。基因沉默主要有轉(zhuǎn)錄前基因沉默（TGS）和轉(zhuǎn)錄后基因沉默(PTGS)兩類。TGS是指由于DNA修飾或染色體異染色質(zhì)化等原因使基因不能正常轉(zhuǎn)錄；PTGS又被稱作為RNA干擾，其充當(dāng)了以RNA為基礎(chǔ)的一種免疫系統(tǒng)對抗了外源基因侵入，并參與了以轉(zhuǎn)座子為主的一組內(nèi)源基因的沉默。

細(xì)胞的雙鏈RNAs（dsRNAs）可以誘發(fā)轉(zhuǎn)錄后基因沉默，隨后這些雙鏈RNAs會被Dicer家族蛋白切割成長度為20-24個核苷酸(nt)小干擾RNA分子(siRNA)。siRNA的一條鏈進(jìn)入Argonaute (AGO)蛋白并與其它蛋白作用形成RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物（RISC）。RISC利用其內(nèi)部的單鏈小RNA，通過堿基互補(bǔ)配對識別與之互補(bǔ)的靶標(biāo)RNA，切割靶標(biāo)RNA或介導(dǎo)與單鏈小RNA同源的DNA甲基化或染色質(zhì)狀態(tài)從而導(dǎo)致目的基因沉默。植物、真菌和線蟲都具有依賴于RNA的RNA聚合酶(RDRPs)，在RDRPs擴(kuò)大PTGS效應(yīng)的過程中，通常會生成一些新的區(qū)域于初級siRNA的次級siRNA，它們的產(chǎn)生會導(dǎo)致沉默靶位點發(fā)生改變，該現(xiàn)象稱為沉默的轉(zhuǎn)移性。

PTGS是一個受到精細(xì)調(diào)控的過程。各種植物病毒都攜帶著PTGS的阻抑蛋白，對抗植物的抗感染免疫。有研究發(fā)現(xiàn)，幾個與mRNA質(zhì)量控制和加工功能相關(guān)的元件充當(dāng)了轉(zhuǎn)基因PTGS的阻抑物。在這篇Science文章中，北京大學(xué)的研究人員利用擬南芥模式植物調(diào)查了PTGS機(jī)器在有效沉默病毒基因組表達(dá)的同時，避免靶向內(nèi)源性編碼轉(zhuǎn)錄物的機(jī)制。

研究人員證實在擬南芥中5′-3′和3′-5′細(xì)胞質(zhì)RNA衰減信號通路阻抑了轉(zhuǎn)基因和內(nèi)源性PTGS。破壞雙向細(xì)胞質(zhì)RNA衰減可導(dǎo)致多效性發(fā)育缺陷和轉(zhuǎn)錄組顯著改變，而PTGS突變體可顯著逆轉(zhuǎn)這一效應(yīng)。在雙向RNA衰減機(jī)制功能失常的情況下，一些編碼轉(zhuǎn)錄本包括多個靶microRNA生成了大量21-22個核苷酸的內(nèi)源性siRNA，干擾了它們的同源基因的表達(dá)和功能。

這項研究揭示出了不必要PTGS的風(fēng)險，確立了細(xì)胞質(zhì)RNA衰減信號通路是植物轉(zhuǎn)錄組及發(fā)育的安全護(hù)衛(wèi)。