MicroRNA (miRNA) 是一类长度只有21-24 nt的小分子非编码调控RNA，通过降解mRNA或抑制翻译调控植物许多生长发育过程。成熟的miRNA是由植物基因组的miRNA (MIR) 基因转录成的初级miRNA (pri-miRNA) 经过核心微加工复合体 (core microprocessor) 加工而来。该复合体主要包括DCL1， HYL1和SE蛋白，但有多种蛋白都参与miRNA的产生【1】。核心微加工复合体做为miRNA产生的关键节点，对植物内源miRNA丰度起决定作用，因此研究核心微加工复合体及其成员的调控机制对理解miRNA产生，尤其是在不同生长条件及发育时期的miRNA参与的基因表达调控有重要意义，也一直是该领域研究的重要问题之一。不同光源条件下，某些光信号途径转录因子及调控因子可直接参与miRNA生成途径中一些基因的表达及蛋白的定位和丰度【2-4】。2020年，韩国延世大学的Seong Wook Yang教授课题组在Molecular Plant杂志发表文章报道光形态建成 (Photomorphogenesis/de-etiolation) 过程中miRNA产生的调控机制。该文报道了光能够诱导pri-miRNA以及核心微加工体蛋白DCL1，HYL1和SE大量积累，但同时伴随着一个矛盾的现象：在去黄化幼苗中，光会减弱这些蛋白的pri-miRNA加工活性，导致体内的miRNA丰度保持相对恒定。这种看似矛盾的调控变化暗示可能存在一个光诱导的抑制因子【5】。但该因子的身份及其响应光照并调控miRNA产生的分子机制在当时却并不清楚。近期，该课题组联合同一单位的Hyun-Sook Pai课题组再次在Molecular Plant杂志发表题为 Light-Stabilized FHA2 Suppresses miRNA Biogenesis through Interactions with DCL1 and HYL1 的研究论文【1】。该文章通过小RNA深度测序及转录组分析，小RNA定量分析，以及多种蛋白质相互作用方法并结合植物遗传学和生理学实验报道了FHA2基因在拟南芥光形态建成过程作为抑制子调控microRNA产生的分子机制。研究发现，光照增加FHA2蛋白稳定性，FHA2蛋白与DCL1和HYL1相互作用并通过抑制DCL1加工活性以及改变DCL1和HYL1对miRNA亲和性来抑制该复合体的功能。在一定程度上解释了之前研究报道的miRNA产生的矛盾 现象。作者先从进化树分析及表型相似性为切入点，选中了FHA2基因及其突变体fha2。FHA2属于一类包含FHA结构域的蛋白，其中包括的DDL蛋白是一个miRNA加工因子【6】，虽然FHA2与DDL在进化上关系较远，但两者突变体却有相似的表型【7】。因此作者决定研究该基因是否在miRNA产生中发挥功能。该研究发现，fha2突变体中的miRNA丰度普遍偏高，而与之相比，hyl1突变体中miRNA的丰度非常低，并且小RNA深度测序也验证了这一结果，这表明FHA2负调控miRNA的产生。接下来的问题是FHA2的调控功能是否与微加工复合体的核心蛋白有关？该研究进一步验证了FHA2蛋白可以和DCL1的PAZ结构域 (DCL1-PAZ) 和RNA结合域 (DCL1-RBD) 以及与HYL1蛋白有直接的相互作用；与SE蛋白的相互作用可能是非直接的。该结果表明，FHA2可能通过与核心蛋白的直接或间接作用，参与蛋白复合物的组成。那么FHA2蛋白的加入对于微加工复合体的功能有什么影响呢？作者首先利用体外pri-miRNA加工实验表明，在WT和fha2植株中通过免疫沉淀分离出的DCL1蛋白都有切割pri-miRNA的活性，但来自fha2植株的DCL1的切割能力明显增强；加入FHA2蛋白后DCL1对pri-miRNA的加工活性受到抑制，证明FHA2蛋白可直接抑制pri-miRNA的加工，也印证了fha2突变体miRNA丰度较高的实验结果。而后，作者进一步验证了FHA2蛋白可改变HYL1和DCL1蛋白对于miRNA的亲和性。最终，虽然FHA2基因的mRNA丰度对光暗反应不敏感，但FHA2蛋白在黑暗条件下不稳定，其稳定性可受光照调节增强，其丰度受26S蛋白酶体调节。植物黄化幼苗存活实验表明，FHA2蛋白的缺失可降低植物从暗形态建成到光形态建成的转变过程中的存活率。综上所述，FHA2蛋白在植物从暗形态建成到光形态建成的转变过程中起重要作用，其作用机制可能是通过对DCL1蛋白的抑制作用调控miRNA的产生，进而起到维持miRNA丰度稳态，保证植物正常向光形态建成转变的作用。因此，该研究揭示了光诱导miRNA产生的新调控机制，为理解不同生长发育时期的miRNA生成调控提供了新的思路。参考文献
【1】 Seung Jun Park, et. al. (2021) Light-Stabilized FHA2 Suppresses miRNA Biogenesis through Interactions with DCL1 and HYL1. Molecular Plant.https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.01.020
【2】 Xie, Y., Liu, Y., Wang, H., Ma, X., Wang, B., Wu, G., and Wang, H. (2017). Phytochrome-interacting factors directly suppress MIR156 expression to enhance shade-avoidance syndrome in Arabidopsis. Nature communications. 8:348.
【3】 Cho, S.K., Ben Chaabane, S., Shah, P., Poulsen, C.P., and Yang, S.W. (2014). COP1 E3 ligase protects HYL1 to retain microRNA biogenesis. Nature communications 1020 5:5867.
【4】 Achkar, N.P., Cho, S.K., Poulsen, C., Arce, A.L., Re, D.A., Giudicatti, A.J., Karayekov, E., Ryu, M.Y., Choi, S.W., Harholt, J., et al. (2018). A Quick HYL1-Dependent Reactivation of MicroRNA Production Is Required for a Proper Developmental Response after Extended Periods of Light Deprivation. Developmental cell 46:236-247.e236.
【5】 Choi, S.W., Ryu, M.Y., Viczián, A., Jung, H.J., Kim, G.M., Arce, A.L., Achkar, N.P., Manavella, P., Dolde, U., Wenkel, S., et al. (2020). Light Triggers the miRNA-Biogenetic Inconsistency for De-etiolated Seedling Survivability in Arabidopsis thaliana. Mol Plant 13:431-445.
【6】 Morris, E.R., Chevalier, D., and Walker, J.C. (2006). DAWDLE, a forkhead-associated domain gene, regulates multiple aspects of plant development. Plant physiology 141:932-941.
【7】 Ahn, E.R., Cho, H.K., and Pai, H.S. (2013). The forkhead-associated domain 2 (FHA2) in Arabidopsis plays a role in plant fertility by regulating stamen development. Planta 237:1015-1023.
https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(21)00045-9
