反向长链非编码RNA调控NIA基因响应CMV侵染的机制研究

Non-coding RNA (ncRNA) plays a key role in plant development and responding to abiotic and biotic stimulation. Biological functions of long ncRNA (lncRNA) are largely unknown. Our previous investigations have revealed that a natural antisense transcript (NAT) derived from Arabidopsis Nitrate Reductase gene (NIA). We discovered a set of natural antisense transcript siRNA (nat-siRNAs) derived from NIA genes in Cucumber mosaic virus (CMV) infected plants. CMV infection induced the nat-siRNA accumulation, and down-regulated NIA mRNAs. This project aims to deciphering the mechanism of NAT-NIA and nat-siRNA in regulation of NIA gene response to CMV infection. Roles of RNAi proteins in regulation of NIA gene will be investigated by the aid of the RNAi suppressor activity of 2b which encoded by CMV. The results will increase our knowledge about the function of lncRNA and sRNA, as well as the key role in responding to abiotic and biotic stimulation.

非编码RNA在植物生长发育以及抵抗外界胁迫过程中，发挥着重要作用。当前，对长链非编码RNA（lncRNA）产生机制以及作用方式的研究并不透彻。前期研究证实，拟南芥NIA基因负链转录一条与正链mRNA互补的lncRNA（NAT-NIA）。在黄瓜花叶病毒（CMV）侵染的拟南芥中，我们克隆到来源于NIA基因并且依赖于NAT-NIA的nat-siRNA。CMV侵染诱导了nat-siRNA的积累，同时抑制了NIA基因的表达。本项目拟阐明NAT-NIA和nat-siRNA的产生机制，以及NAT-NIA和nat-siRNA调控NIA基因响应CMV侵染的作用机理。利用CMV编码的沉默抑制子（VSR）2b，明确RNA沉默在NIA基因表达调控中发挥的作用。研究结果将加深VSR蛋白在宿主与病毒互作中复杂功能的理解；同时将丰富lncRNA和nat-siRNA的产生和调控模式，及其对应答外界生物胁迫的基础理论。

前期研究证实，拟南芥NIA基因负链转录一条与正链mRNA互补的长链非编码RNA（NAT-NIA）；黄瓜花叶病毒CMV侵染拟南芥诱导了来源于NAT-NIA的siRNA（nat-siRNA），并抑制了NIA基因的表达。因此，本项目拟对NAT-NIA和nat-siRNA调控NIA基因表达响应CMV侵染的分子机制进行研究，并解析CMV编码的沉默抑制子2b蛋白在NIA基因表达调控中发挥的作用。项目研究发现，NAT-NIA转录本上游DNA序列具有启动子活性；Northern blot结果表明，nat-siRNAs积累量在ago1植物中明显降低。结果说明，NIA基因表达受到RNAi途径调控，AGO1蛋白参与了nat-siRNA合成。用CMV病毒同时侵染野生型和NIA基因表达受抑制的突变体拟南芥，突变体系统叶中病毒积累量比野生型中明显增加，说明NIA基因具有抗病毒功能。在2b转基因植物中，2b并未影响NIA基因的表达，而主要是通过结合sRNA抑制基因组DNA甲基化。通过对转基因植物中2b功能的研究，我们鉴定到一类由21/22 nt siRNA介导的DNA甲基化区域，并证实2b降低DNA甲基化激活了基因组中多拷贝数转座子的转座活性，研究结果为CMV卫星RNA起源于宿主植物提供了理论依据。对野生型以及2b缺失的突变体病毒进行研究发现，CMV侵染诱导植物抗性途径基因表达依赖于2b蛋白的沉默抑制子活性。