朱玉贤院士团队报道锦葵科特异性小RNA调控棉花胚珠锌离子转运分子机制

责编 | 奕梵

小RNA是序列上进化保守且长度约为21–25个核苷酸，由Dicer-like酶加工形成，miRNA作为小RNA中的一种类型，在调节植物基因表达中起着关键作用。长期以来，不同棉种中，包括二倍体亚洲棉在内的众多miRNA的功能在很大程度上是未知的。

近日， 朱玉贤 院士团队 在 Science China Life Sciences 发表了题为 A Malvaceae-specific miRNA targeting the newly duplicated GaZIP1L to regulate Zn 2+ ion transporter capacity in cotton ovules 的研究论文。 该研究发现一个锦葵科独有的miRN44能够靶向锌离子转运蛋白GaZIP1L，从而介导棉花胚珠对锌离子的转运。

该研究通过对亚洲棉材料不同时期的胚珠进行小RNA高通量测序，构建了亚洲棉胚珠和纤维的小RNA表达谱。该研究共鉴定出84个miRNA，包括未报道过的46个新颖的和38个保守的miRNA。通过对这84个miRNA的差异表达和靶标基因预测分析，发现它们在胚珠和纤维发育不同时期的表达有明显的偏好性，暗示它们分别参与不同发育时期的基因调控。并且这些miRNA能够靶向215个蛋白质编码基因，且主要富集到26个显著的生物学过程中。跨物种序列比较分析发现，一个新鉴定到的miRNA，命名为gar-miRN44，其前体序列起源于锦葵科中，且能够靶向在亚洲棉ZIP基因家族中新加倍形成的锌离子转运蛋白编码基因 GaZIP1L （图1） 。

图1 锦葵科特异的gar-miRN44与其靶标序列进化分析

在棉花胚珠发育过程中，gar-miRN44转录水平在开花10到15天 （DPA） 后急剧下降，而GaZIP1L的水平却显著上升，且伴随着Zn 2+ 离子浓度的增加。分子动力学模拟与离子吸收分析表明，GaZIP1L比原始的GaZIP1基因拷贝具有更强的Zn 2+ 离子结合能力 （图2） ，表明新加倍形成的GaZIP1L可能更适合维持棉花高锌离子迁移的需求，以增强纤维素合酶的活性有利于胚珠的生长。

图2 新加倍产生的GaZIP1L蛋白比GaZIP1具有更强的锌离子结合能力