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发稿时间：2018-01-11来源：天昊生物

俗话说：“道高一尺，魔高一尺二”，生命世界中类似的争斗也从未停止过。2018年1月8日发表在nature上的一篇文章，就发现寄生植物菟丝子这个“小魔头”，通过发射“micrornas（mirnas）精准制导炮弹”来定向降解宿主体内的mrnas，达到破坏宿主防御系统的目的。

文章题目：micrornas from the parasitic plant cuscutacampestris target host messenger rnas寄生植物菟丝子体内microrna靶向寄主信使rna

发表期刊：nature 发表时间：2018-1-4

摘要一览：

菟丝子（cuscuta spp.）是一类生理构造特别的寄生植物，它可以利用茎攀附在其他植物的茎部，通过特化的吸器进入宿主直达韧皮部，吸取水和养分维持生存。

菟丝子寄生表型图（图片来源于网络）

通过菟丝子吸器这一特殊结构，病毒、蛋白和mrnas等可以进行双向运动，但是这些物质运动的生物学功能目前却知之甚少。本文研究人员发现，在寄生拟南芥过程中，菟丝子的吸器处可以积累许多新的mirnas，其中许多长度为22个核苷酸。植物中这类长度mirnas不常见，常常通过次级小干扰rna（sirna）产物介导靶基因沉默。本研究表明，在寄生过程中，几种22 nt长度的mirnas可以靶向宿主拟南芥mrnas，导致mrnas的裂解、次级sirnas产生和降低mrnas的积累。宿主中编码靶向mrnas的两个基因座上的突变使得菟丝子更加快速的生长，在菟丝子寄生宿主拟南芥过程表达和活化的mirnas同样在菟丝子侵染烟草过程中也有表达和活化，许多其他植物的同源mrnas中也被预测为菟丝子mirnas的靶点。这些结果表明，菟丝子mirnas作为多类宿主基因表达调节者，具有类似侵染过程中毒性因子的作用。

研究方法：

小rna测序、qrt-pcr、rna杂交等。

研究内容及结果：

文章首先利用小rna测序方法，分析寄生过程中三种组织，即寄生菟丝子茎部组织(parasite stem,ps)、菟丝子和拟南芥的寄生吸器接触部位组织(interface, i)和宿主拟南芥茎部组织（host stem, hs）里mirna的种类及表达差异情况（筛选mirna仅用了两次生物学重复，这是怎么被nature审稿人放过的？）。结果发现有76个菟丝子小rna在接触部位组织中显著上调，并用rna杂交实验进一步验证了结果（图1）。

图1、菟丝子寄生接触部位mirnas诱导情况

a)寄生接触部位(interface, i)与菟丝子茎部 (parasite stem,ps)组织里mirnas的表达差别图。b)菟丝子寄生诱导的mirna发夹前体预测二级结构图，不同颜色代表核苷酸的不同测序深度。c)接触部位诱导产生的22 ntmirnas杂交图。

在发现的76个小rnas中，有26个为22 ntmirnas，这些相较21 nt的mirnas在植物中更少见，并且与二级sirna的积累有很强的联系。研究人员最终证明了这些诱导产生的22 nt的mirnas不少是来源与菟丝子的，并且可以通过sirna及自身作用等机制靶向宿主拟南芥的mrnas，对tir1、afb2、afb3、bik1、seor1和hsfb4等表达进行抑制（图2、3）。

图2、菟丝子mirnas造成宿主mrnas沉默和阶段性sirna生成情况

a)小rna测序分析三种组织中，拟南芥seor1比对上的菟丝子mirna（ccm-mir12480）情况，r.p.m.代表reads per million。b) 寄生接触组织中比对到seor1上的sirna长度和极性分布情况。c) 雷达图显示在21个核苷酸相位中寄生接触过程诱导产生的sirna片段情况。d) 5’-rlm-race产物结果。

图3、菟丝子mirna的作用及其靶标

a) 拟南芥在寄生接触部位和对照茎部的部分mrna积累情况的qrt-pcr结果。b)菟丝子寄生不同拟南芥基因型的rna杂交结果。c) 菟丝子寄生不同宿主的生物量。

为了探寻这种寄生机制是否在其他双子叶植物中同样存在，研究人员在烟草中也进行了相关实验，通过图4结果，说明这种机制在烟草中同样存在。

图4、菟丝子靶向宿主mrna的保守性分析

a)菟丝子寄生过程针对不同靶基因产生的mirna预测结果。b) 菟丝子寄生烟草（nb）、拟南芥（at）接触和对照组织，以及侵入前菟丝子对照组织小rna杂交结果。c, d) race结果及互补位点烟草tir1同系物结果情况。

结论：

• 寄生植物菟丝子在寄生过程中，在吸器部位可以积累许多新的mirnas。
• 产生的许多长度为22个核苷酸mirnas，可以通过小干扰rna（sirna）介导宿主靶基因沉默，进而破坏宿主防御体系，促进寄生植物自身生长。
• 这种现象在其他宿主植物，如烟草中同样存在。

昊感受：面对这样一篇nature文章，可能本身需要做的实验并不太多，就连生物学重复都不强求三次以上，关键是要找准科学问题、选好实验材料及对照，剩下的工作可能就是几次small rna-seq和几个qrt-pcr能够搞定的。还在犹豫什么，赶快拿出您手边的珍贵材料，来试一试天昊生物的small rna-seq、全转录组测序和qrt-pcr检测服务吧。