責編 | 王一

在科學史上，Robert W. Holley因破譯第一個tRNA序列與Marshall W. Nirenberg和H. Gobind Khorana分享了1968年的諾貝爾醫學和生理學獎。幾十年來，人們已經認識到tRNA在蛋白質合成中起著重要的作用。然而，近10年來日臻成熟的高通量測序技術揭示出細胞記憶體在大量的tRNA衍生片段或tRFs，許多與tRFs相關的細胞學機制也逐漸被報道，顯示出tRNA具有潛在的新功能。目前，有關植物tRFs的研究尚少，對tRFs的鑑定侷限於常規的小RNA測序，對整個tRNA和tRFs群體進行系統定量的分析是非常必要的。

近日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所曹曉風院士團隊、天津師範大學生命科學學院馬軒博士和欒維江博士團隊合作在SCIENCE CHINA Life Sciences 線上發表了題為Extensive profiling of the expressions of tRNAs and tRNA-derived fragments (tRFs) reveals the complexities of tRNA and tRF populations in plants 的研究論文。該研究應用tRNA-seq和YAMAT-seq技術系統鑑定了植物tRNA和tRNA衍生片段（tRFs）的表達譜，對植物tRNA和tRFs群體進行了定量分析，揭示出植物tRNA基因表達的不均一性和組織特異性。另外，該研究發現擬南芥13核苷酸和16核苷酸長度的微小tRFs具有極高的丰度，為植物小RNA研究提供了新的線索。

該研究應用最新的tRNA-seq和YAMAT-seq技術，對擬南芥、水稻、玉米、大豆、小麥、大麥、高粱和小米的tRNA和tRFs進行了系統鑑定。對擬南芥根、莖、葉、花和角果等組織進行的測序結果顯示，大約有一半的tRNA基因處於沉默狀態，其表達量僅佔總tRNA丰度的1%（圖1），這種tRNA基因表達的不均一性同樣存在於水稻和另外幾種作物中。該研究對不同植物的tRNA轉錄組進行了比較分析，發現同工tRNA家族成員的表達譜呈現物種間保守的特點。

圖1 擬南芥tRNA基因表達呈現不平衡性

該研究還深度分析了植物tRFs群體的組成，根據tRFs的丰度將擬南芥tRFs劃分為5大類，其中5’tRNA半分子佔最大比重，其次是tRF-5，另外3類tRFs（tRF-3、5’tRNA半分子和中部tRFs）的丰度相當。對擬南芥和水稻不同組織的分析結果顯示，tRFs在根中的丰度比在葉中的丰度明顯降低，所以tRFs的表達具有高度組織特異性的特點。另外，研究人員發現一類<18核苷酸長的微小tRFs廣泛存在於不同植物中。擬南芥中的微小tRFs主要是13核苷酸和16核苷酸長，並且都是tRF-5型別。進一步對Dicer-like 1突變體的分析發現微小tRFs在突變體中的丰度下降了，暗示其生成可能與Dicer核酸酶相關（圖2）。

圖2 微小tRF廣泛存在於多種植物中

最後，研究人員開發了分析植物tRNA和tRFs的生物資訊學工具tRFanalyzer，建立了模式植物擬南芥和水稻的tRFs資料庫（http://www.biosequencing.cn/tRFanalyzer/），以便植物領域的科研人員對植物tRNA和tRFs的時空表達進行查詢和分析。

綜上所述，該研究應用高通量測序技術，揭示了植物tRNA和tRFs群體的組成和表達特徵，發現微小tRFs佔有極高比例，為植物tRFs研究提供了新的線索。

中國科學院遺傳與發育生物學研究所曹曉風院士、天津師範大學生命科學學院馬軒博士和欒維江博士為本文的共同通訊作者，天津師範大學馬軒博士和中科院遺傳與發育生物學研究所劉春豔副研究員為本文的共同第一作者。該專案得到了國家自然科學基金、天津市自然科學基金和天津水稻技術產業體系的資助。南開大學門淑珍教授和天津農學院王俊斌博士對該課題給予了幫助。

原文連結：

https://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCLS/doi/10.1007/s11427-020-1891-8?slug=fulltext