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2006年中国植物科学若干领域重要研究进展

2007.7.23

6 蛋白降解、RNA 代谢和 DNA 修饰

小分子 RNA 是近年来的研究热点。其中 miRNA 是真核生物中普遍存在的内源的非编码 RNA。由 miRNA 的前体 pri-miRNA 加工产生 pre-miRNA 是 miRNA 成熟过程的第一步。中国科学院上海植物生理生态研究所黄海研究组发现以前认为参与染色质修饰的锌指蛋白 SERRATE 可能与一个 RNA 结合蛋白 HYL1 一起与 DCL1 蛋白共同执行 pri-miRNA 加工的第一步，对于 miRNA 和 ta-siRNA 的积累起关键作用(Yang et al.，2006a)。这项研究成果为揭示 SERRATE 蛋白在真核生物 miRNA 成熟过程的作用奠定了基础。

叶片近-远轴(ad/abaxial axis)的建立是叶形态建成中最重要的过程之一。以往研究发现对叶片极性建成的调控主要由转录因子和 miRNA 参与。中国科学院上海植物生理生态研究所黄海研究组通过遗传筛选发现 26S 蛋白酶体的亚基 RPN8a 缺失后可以加重叶近轴属性部分丧失的突变体 as2 的表型，进一步研究发现 26S 蛋白酶体的部分其他亚基突变后均可加重 as2 的表型(Huang et al.，2006c)。这些遗传学证据说明 26S 蛋白酶体的蛋白降解功能对于叶片近轴属性的建立是必需的，因而揭示了翻译后水平的调控在叶形态建成中的重要作用。

转录水平的基因沉默 (TGS) 参与浓缩染色质的结构建成，这种结构建成通常是与 DNA 的过度甲基化相关的。中国农业大学巩志忠研究组通过 EMS 筛选 ros1 的抑制子鉴定到 ros1 突变体背景下的2个等位突变体 ror1-7 和 ror1-2，图位克隆结果表明 ROR1 基因编码一个与 DNA 复制蛋白 A2(RPA2A) 类似的31 kDa 的蛋白 (Xia et al.，2006)。该基因的突变可以重新激活 ros1 突变体中沉默的 Pro35S:NPTⅡ 基因，并且这种作用不依赖于 DNA 甲基化，而是与染色质组蛋白修饰的改变有关。此外，该研究组还发现 ROR1/RPA2A 基因在细胞分裂活跃的分生组织和幼嫩组织中大量表达，同时该基因的突变还影响了分生组织的细胞分裂和 DNA 修复功能。该研究深入分析了 ROR1/RPA2A 基因在表观基因沉默和调控植物发育过程中的重要作用，为进一步研究转录水平基因沉默 (TGS) 的形成和维持的分子机制提供了新的线索。

木质素是细胞壁中除纤维素外的第二个重要生物大分子多聚物。中国科学院遗传与发育生物学研究所与中国水稻研究所、扬州大学、中国科学院研究生院等4家单位合作，对 gh2 突变体进行研究 (Zhang et al.，2006c)，证实 GH2 编码一个肉桂醇脱氢酶 (CAD)。gh2 突变体是一个木质素生物合成缺失的突变体，它的根、节间、谷壳以及圆锥花序的提取物中 CAD 活性显著降低，并且检测不到芥子醇 (sinapyl alcohol) 脱氢酶的活性。研究表明，GH2 是一种多功能的 CAD，在水稻木质素合成途径中催化松柏醇和芥子醇前体物质的合成。该研究为改善水稻木质素的含量与组成提供潜在的可能性。

伴随着现代农业和工业的高速发展，大量的土壤和水体受到有机化合物的污染。由于一些芳香化合物难以降解，对环境的破坏更严重。利用细菌体降解基因在植物中的表达清除有机化合物对环境的污染被认为是解决有机污染的好方法。有机污染物的芳香环结构是造成其难以降解的主要原因。氯儿茶酚1,2-双加氧酶 (TfdC) 能够裂解芳香环。复旦大学将一个来自邻单胞菌属 (Plesiomonas) 氯儿茶酚1,2-双加氧酶基因 (tfdC) 转入拟南芥。与野生植株相比较，转基因植株在表型和生长方面均无差别，但是，转基因植株对儿茶酚的抗性明显增强 (Liao et al.，2006b)。转基因植株能吸收培养基中的儿茶酚，并将其转变为芳香环代谢中间产物顺、顺-己二烯二酸(cis，cis-muconic acid)。这项研究表明，TfdC 在植物中的表达是植物降解儿茶酚所必需的，同时也说明了微生物降解基因可以通过基因工程的方法转到植物中，并将这种植物应用到由芳香化合物造成污染的环境的生物修复。

    注：
    （1）文章来源：植物学通报，2007年第24卷第3期；
    （2）作者单位：中国科学院植物研究所等。