Nature子刊發(fā)現(xiàn)植物在逆境響應(yīng)過程中存在RNA介導(dǎo)的基因共表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

　　真核生物基因組可轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生大量RNA。這些RNA包括編碼蛋白質(zhì)的mRNA和眾多非編碼RNA（ncRNA）。ncRNA大致可分為兩大類：看家ncRNA（housekeeping ncRNA）和調(diào)控性ncRNA。看家ncRNA包括參與蛋白質(zhì)合成的核糖體RNA（rRNA）、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA），參與RNA剪接的snRNA和參與RNA修飾的snoRNA等；調(diào)控性RNA則包括介導(dǎo)RNA干擾的小RNA（sRNA，長(zhǎng)度為20-30個(gè)核苷酸）和長(zhǎng)非編碼RNA（lncRNA，長(zhǎng)度為>200個(gè)核苷酸）。lncRNA可從基因間區(qū)、內(nèi)含子和蛋白編碼基因的反義鏈產(chǎn)生，通過不同機(jī)制發(fā)揮不同功能。這些種類繁多、功能各異的RNA構(gòu)成了豐富多彩的“現(xiàn)代RNA世界” (Modern RNA World)。

　　很多RNA與染色質(zhì)相結(jié)合發(fā)揮調(diào)控功能。這些與染色質(zhì)相互作用的RNA可通過招募RNA結(jié)合蛋白，作為支架幫助蛋白復(fù)合體的形成或促進(jìn)染色質(zhì)-染色質(zhì)相互作用，調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成和基因表達(dá)。清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院戚益軍課題組在《自然植物》(Nature Plants)雜志在線發(fā)表了題為“RNA-染色質(zhì)相互作用的全基因組水平分析揭示了擬南芥中基因共調(diào)控網(wǎng)絡(luò)” (Global profiling of RNA-chromatin interactions reveals co-regulatory gene expression networks in Arabidopsis)的研究論文。該論文在全基因組水平系統(tǒng)分析了模式植物擬南芥中RNA-染色質(zhì)的相互作用，發(fā)現(xiàn)植物在響應(yīng)脅迫過程中形成由眾多脅迫響應(yīng)基因組成的互作網(wǎng)絡(luò)，由此提出了以RNA-染色質(zhì)互作為骨架的基因共表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的新概念。

　　戚益軍課題組基于美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校付向東課題組之前開發(fā)的GRID-seq（Global RNA interactions with DNA by deep sequencing）技術(shù)，鑒定分析了擬南芥幼苗中13000多對(duì)RNA與染色質(zhì)相互作用。發(fā)現(xiàn)來(lái)自同一染色體的RNA-染色質(zhì)相互作用主要由mRNA介導(dǎo)，而染色體間的RNA-染色質(zhì)相互作用則主要由ncRNA介導(dǎo)。絕大多數(shù)RNA介導(dǎo)數(shù)量有限的相互作用，但以U2 snRNA和rRNA等少量RNA可介導(dǎo)成百上千個(gè)相互作用。有意思的是，該研究發(fā)現(xiàn)有254 lncRNA介導(dǎo)494對(duì)相互作用，其中6個(gè)lncRNA介導(dǎo)多對(duì)相互作用，形成以這些lncRNA為節(jié)點(diǎn)的互作網(wǎng)絡(luò)。該研究進(jìn)一步運(yùn)用BL-Hi-C（Bridge Linker-Hi-C）技術(shù)對(duì)擬南芥幼苗中染色質(zhì)-染色質(zhì)的相互作用進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并與RNA-染色質(zhì)的相互作用進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)RNA-染色質(zhì)相互作用與染色質(zhì)-染色質(zhì)相互作用呈正相關(guān)，提示RNA-染色質(zhì)相互作用可能對(duì)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成發(fā)揮調(diào)控作用。

　　植物會(huì)遭遇各種各樣的環(huán)境變化和脅迫挑戰(zhàn)。由于不能移動(dòng)，植物進(jìn)化出了復(fù)雜巧妙的機(jī)制以適應(yīng)和抵御各種環(huán)境脅迫。該研究進(jìn)一步探索了RNA-染色質(zhì)相互作用在植物響應(yīng)脅迫中的變化及其功能。研究發(fā)現(xiàn)，大量RNA-染色質(zhì)相互作用在植物受到生物脅迫（丁香假單胞菌，Pst DC3000侵染）和非生物脅迫（熱處理）時(shí)發(fā)生變化。GRO-seq （Global nuclear Run-On sequencing）分析發(fā)現(xiàn)這些改變不依賴于RNA表達(dá)水平的改變，這意味著在植物響應(yīng)脅迫過程中，RNA與染色質(zhì)的結(jié)合可發(fā)生重新分布。非常有意思的是，發(fā)生變化的RNA-染色質(zhì)相互作用形成了以特定RNA或染色質(zhì)位點(diǎn)為互作結(jié)點(diǎn)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，并且這些互作通常發(fā)生在脅迫響應(yīng)相關(guān)的基因之間。例如，70多個(gè)RNA與rDNA位點(diǎn)（At3g41768）的相互作用在丁香假單胞菌侵染時(shí)發(fā)生改變，形成了以該rDNA位點(diǎn)為核心節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)絡(luò)。在此網(wǎng)絡(luò)中，涉及了25個(gè)抗病相關(guān)基因（如圖）。這些發(fā)現(xiàn)表明：RNA-染色質(zhì)的相互作用，可能對(duì)抗逆相關(guān)基因的協(xié)同表達(dá)起到重要的調(diào)控作用。

　　綜上，該研究從全基因組水平揭示了擬南芥中RNA-染色質(zhì)的相互作用，為研究RNA的調(diào)控功能提供了重要基礎(chǔ)。更為重要的是，該研究發(fā)現(xiàn)涉及大量脅迫響應(yīng)基因的RNA-染色質(zhì)相互作用可在植物遭遇生物或非生物脅迫時(shí)發(fā)生改變，并提出了由RNA-染色質(zhì)互作為骨架的基因共表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的新概念。