2022年10月13日，蛋白質(zhì)與植物基因研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院李磊研究員課題組在Molecular Biology and Evolution雜志在線發(fā)表了題為“Miniature inverted-repeat transposable elements drive rapid microRNA diversification in angiosperms”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)了微型反向重復(fù)轉(zhuǎn)座子（MITE）驅(qū)動(dòng)被子植物中miRNA快速多樣化的機(jī)制，為植物miRNA起源和演化研究提供了新的模型。

     MiRNA是動(dòng)植物中廣泛存在的一類單鏈核酸調(diào)控因子。過(guò)去20年中對(duì)植物miRNA合成的生化過(guò)程及miRNA的功能均已進(jìn)行了深入研究，但miRNA從頭起源的遺傳機(jī)制還懸而未決。研究人員利用前期構(gòu)建的植物miRNA數(shù)據(jù)庫(kù)（https://pmiren.com/），對(duì)21種代表性植物中的miRNA位點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，系統(tǒng)鑒定了由靶基因反向重復(fù)、LTR轉(zhuǎn)座子和MITE等3種模型所產(chǎn)生的miRNA，發(fā)現(xiàn)被子植物中的miRNA主要來(lái)源于MITE。通過(guò)綜合分析基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，提出了位于內(nèi)含子中的中等長(zhǎng)度的MITE隨宿主基因一同轉(zhuǎn)錄后形成的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，被以Dicer-like蛋白為核心的剪切復(fù)合體識(shí)別后形成新miRNA的模型。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)雙子葉植物中Mutator、單子葉植物中PIF/Harbinger和Tc1/Mariner超家族MITE的爆發(fā)，是被子植物中miRNA劇增的主要原因（圖一）。最后，通過(guò)分析miRNA靶基因的功能和表達(dá)模式，發(fā)現(xiàn)由MITE起源的miRNA優(yōu)先調(diào)控與環(huán)境脅迫及適應(yīng)相關(guān)的基因。這些發(fā)現(xiàn)闡明了被子植物miRNA經(jīng)非自主微型轉(zhuǎn)座子從頭產(chǎn)生的遺傳機(jī)制，揭示了新形成的miRNA由于提高植物的環(huán)境適應(yīng)性而得到選擇的可能性。

圖一. 被子植物中MITE-miRNA演化模型

     北京大學(xué)博士畢業(yè)生、現(xiàn)就職于南京林業(yè)大學(xué)的郭仲龍為文章第一作者，北京大學(xué)李磊研究員和北京市農(nóng)林科學(xué)院楊效曾研究員為論文共同通訊作者。北京大學(xué)博士研究生匡正、陶奕含、萬(wàn)苗苗、博士后郝宸，昆明動(dòng)物所王昊天博士及北京市農(nóng)林科學(xué)院申飛博士為工作提供了幫助。北京大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心“北極星”高性能計(jì)算平臺(tái)提供了技術(shù)支持。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金以及北大-清華生命聯(lián)合中心的資助。