近日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所農(nóng)作物基因資源與基因改良國家重大科學(xué)工程作物生物信息學(xué)及應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所等單位合作,首次在植物中發(fā)現(xiàn)基因外顯子跳躍剪接機(jī)制并創(chuàng)制香型水稻。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《植物生物技術(shù)(Plant Biotechnology Journal)》上。
據(jù)趙開軍研究員介紹,前體信使核糖核酸(pre-mRNAs)剪接是真核細(xì)胞基因表達(dá)的重要生物學(xué)過程。mRNA剪接復(fù)合體通常將pre-mRNAs的內(nèi)含子剪除并將各外顯子依次鏈接成成熟的mRNA,以將遺傳信息進(jìn)一步傳遞至翻譯的蛋白質(zhì)。如果成熟的mRNA缺少某個(gè)(些)外顯子,則稱為外顯子跳躍剪接。前人研究表明,基因內(nèi)含子的末端堿基缺失或替換,可引起哺乳動(dòng)物基因外顯子跳躍剪接,然而植物中的外顯子跳躍剪接現(xiàn)象尚無報(bào)道。
香味是高端優(yōu)質(zhì)大米的重要特征之一。水稻香味形成常被 OsBADH2 基因抑制。研究人員將 OsBADH2 基因第2外顯子和第2內(nèi)含子連接點(diǎn)作為基因編輯靶點(diǎn),通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法獲得一批基因編輯水稻植株,系統(tǒng)分析后不僅發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的靶位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)成功編輯,而且觀察到 OsBADH2 基因第2外顯子末端的鳥嘌呤核糖核苷酸缺失,會(huì)導(dǎo)致成熟mRNA中第2外顯子整體缺失,從而首次證實(shí)植物中也存在外顯子跳躍剪接機(jī)制。在該研究中, OsBADH2 基因第2外顯子的跳躍剪接使新的mRNA中密碼子序列改變,進(jìn)而導(dǎo)致編碼蛋白翻譯的提前終止,造成 OsBADH2 基因功能喪失 , 最終創(chuàng)制出香型水稻。該研究不僅首次發(fā)現(xiàn)植物基因外顯子跳躍剪接現(xiàn)象,而且明確其調(diào)控的關(guān)鍵位點(diǎn)是外顯子末端核苷酸。該機(jī)制的發(fā)現(xiàn)為作物性狀改良提供了新思路。
該研究得到中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程、發(fā)展中國家杰出青年科學(xué)家來華工作計(jì)劃項(xiàng)目等資助。(通訊員 衛(wèi)斐)
原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13514