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高彩霞研究组利用单碱基编辑系统在植物中建立mRNA剪接操控新方法

  mRNA前体的剪接是高等生物体内基因转录后加工的重要过程,传统mRNA的剪接遵循“GU-AG”法则,即主要剪接体包含三个保守的剪接位点,即位于内含子5’ 端的“GU”、3’ 端的“AG”和靠近3’ 端的分支点“A”。剪接体通过选择一种或多种剪接位点可将mRNA前体加工为一种或多种成熟的mRNA,即组成型剪接和可变剪接。mRNA的剪接对基因的表达调控起关键作用,可变剪接可增加蛋白质的多样性。然而,目前研究mRNA剪接的功能或mRNA特异剪接形式的功能的方法仍非常有限,极大地限制了对特定mRNA剪接过程的功能研究。 

 

  高彩霞研究组以模式植物拟南芥为研究材料,利用基于CRISPR/Cas9的胞嘧啶单碱基编辑系统,通过对位于内含子5'端的剪接保守位点“GU”进行编辑,建立了高效操纵mRNA剪接的方法。本研究在AtHAB1, AtT30G6.16, AtRS31AAtAct2 4个基因中对该方法进行了测试,结果发现利用该方法可高效的删除或改变特定剪接形式(图a)。通过表型分析发现删除HAB1.1的纯合突变体hab1.1表现出ABA敏感表型,与前人在HAB1敲除突变体植株中过表达HAB1.2获得的表型一致。利用该方法,研究人员也新发现删除RS31A.2的纯合突变体rs31a.2与野生型相比,降低了对丝裂霉素的敏感性(图b)。此外,通过该方法对AtAct25’ UTR区的内含子剪接位点处进行突变,也可以改变其组成型剪接形式(图c)。 

 

  前人利用Cas9介导的腺嘌呤单碱基编辑系统使内含子3 端的剪接位点“AG”突变为“GG”时,mRNA前体在该位点的剪接效率有一定程度上的降低。而本研究证明,利用Cas9介导的胞嘧啶单碱基编辑系统,可针对特定的剪接形式进行高效删除或改变。该方法的建立为研究特异剪接形式的功能提供了一个强有力的工具。 

 

  研究论文Manipulating mRNA splicing by base editing in plants2018927日在线发表在Science China Life Sciences杂志(DOI: 10.1007/s11427-018-9392-7)。高彩霞研究组硕士生薛郴销、副研究员张华伟博士为该论文的共同第一作者。该研究得到了科技部、基金委和中科院的资助。 

 

. 利用单碱基编辑系统删除(a)或改变特定剪接形式(c),并证明rs31a.2突变体对丝裂霉素敏感性降低(b).