核仁小分子RNA（small nucleolar RNA, snoRNA）是一類廣布于古細(xì)菌和真核生物中的較高豐度非編碼RNA, 其長度約為70-250 個核苷酸。根據(jù)其保守的結(jié)構(gòu)元件及參與的化學(xué)修飾種類不同，snoRNA主要包括指導(dǎo)2‘-O-甲基化修飾的C/D box snoRNA和指導(dǎo)假尿嘧啶化修飾的H/ACA box snoRNA兩類。植物中含有種類豐富的snoRNA，但長久以來針對這類RNA的分子遺傳學(xué)研究相對匱乏。現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院(籌)鄧興旺/朱丹萌團(tuán)隊(duì)在前期工作中系統(tǒng)鑒定和分析了高等模式植物水稻  (Liu et al., 2013, Molecular Plant) 和擬南芥 (Wang et al., 2014,) 中的snoRNA，為研究其功能和作用機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

最近，這個研究團(tuán)隊(duì)聚焦擬南芥snoRNA的功能機(jī)制，通過綜合運(yùn)用分子遺傳學(xué)與生物化學(xué)分析法，發(fā)現(xiàn)并解析了一個參與植物核糖體生物合成的重要非編碼類型調(diào)控因子HID2 (HIDDEN TREASURE 2 )。研究首先結(jié)合前期對snoRNA的系統(tǒng)注釋，通過大規(guī)模反向遺傳學(xué)篩選獲得了突變體hid2，其中主效因子HID2表達(dá)顯著下降。hid2突變體幼苗和成株均具有明顯生長發(fā)育缺陷，其表型與核糖體大、小亞基的編碼基因突變體類似。HID2在擬南芥中編碼一個C/D box snoRNA, 在植物細(xì)胞分裂旺盛區(qū)域呈特異性表達(dá)，并定位于細(xì)胞核仁區(qū)。運(yùn)用多種RNA生物學(xué)方法，研究人員發(fā)現(xiàn)HID2主要通過與核糖體RNA (ribosomal RNA, rRNA)最初前體45S pre-rRNA結(jié)合，確保pre-rRNA準(zhǔn)確且有效的加工為成熟形式，進(jìn)而保證核糖體的精確裝配和植物正常的生長發(fā)育。此外，該研究確定了HID2發(fā)揮功能的關(guān)鍵序列元件，并發(fā)現(xiàn)該序列元件在包括酵母、線蟲、果蠅、小鼠和人在內(nèi)幾乎所有真核生物中具有保守性，提示HID2的功能和機(jī)制具有潛在的普適意義。

這項(xiàng)研究在植物研究領(lǐng)域提供了首例關(guān)鍵snoRNA的表達(dá)異常即可造成顯著的生理學(xué)表型的分子遺傳學(xué)依據(jù)，并初步建立了snoRNA表達(dá)的時空特異性、表達(dá)強(qiáng)度與核糖體組裝準(zhǔn)確性及生物合成效率之間的分子聯(lián)系。HID2的功能研究不僅加深了人們對高等生物核糖體生物合成精細(xì)調(diào)控的理解，進(jìn)一步拓展了人們對于snoRNA這一類非編碼RNA 介導(dǎo)的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識。

HID2參與pre-rRNA加工和擬南芥生長發(fā)育調(diào)控模式圖

這項(xiàng)題為Arabidopsis small nucleolar RNA monitors the efficient pre-rRNA processing during ribosome biogenesis的研究成果于2016年10月5日在《美國科學(xué)院院報(bào)》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）在線發(fā)表 (http://www.pnas.org/content/early/2016/10/04/1614852113.full)。北大生命科學(xué)學(xué)院博士生朱盼和博士后王玉秋為文章的共同第一作者，現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院(籌)鄧興旺教授和朱丹萌副研究員為共同通訊作者。這項(xiàng)研究得到了科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金委員會、蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，及北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。