植物22-nt siRNAは翻訳抑制とストレス適応を仲介する

Plant 22-nt siRNAs mediate translational repression and stress adaptation.

• Huihui Wu
• Bosheng Li
• Hiro-Oki Iwakawa
• Yajie Pan
• Xianli Tang
• Qianyan Ling-Hu
• Yuelin Liu
• Shixin Sheng
• Li Feng
• Hong Zhang
• Xinyan Zhang
• Zhonghua Tang
• Xinli Xia
• Jixian Zhai
• Hongwei Guo

抄録

小型干渉RNA（siRNA）は、真核生物の適切な発生と免疫に不可欠である。植物は、21、22、24 ヌクレオチドの長さの siRNA を産生します。21ヌクレオチドおよび24ヌクレオチドはそれぞれメッセンジャーRNAの切断およびDNAメチル化を媒介するが、22ヌクレオチドのsiRNAの生物学的機能は不明である。ここでは、植物のDICER-LIKE 2 (DCL2)タンパク質によって生成される内因性の22ヌクレオチドsiRNA群の同定と特徴を報告する。細胞質RNAが崩壊し、DCL4が欠損すると、結果として生じる22ヌクレオチドsiRNAの大量蓄積は、重度の矮小化、分裂体欠損および色素沈着を含む多能性成長障害を引き起こす。特に、硝酸還元酵素をコードする2つの遺伝子（NIA1とNIA2）は、22ヌクレオチドsiRNAのほぼ半分を産生している。22ヌクレオチドsiRNAの産生は、遺伝子サイレンシングの増幅を誘発し、遺伝子特異的にもグローバルにも翻訳抑制を誘導する。さらに、これらの22ヌクレオチドsiRNAは環境ストレス時に優先的に蓄積され、特にNIA1/2由来のsiRNAは、翻訳を抑制し、植物の成長を抑制し、ストレス応答を増強する作用があることが知られています。このように、私たちの研究は、22ヌクレオチドsiRNAのユニークな特性を明らかにし、植物の環境ストレス適応における重要性を明らかにしています。

Small interfering RNAs (siRNAs) are essential for proper development and immunity in eukaryotes. Plants produce siRNAs with lengths of 21, 22 or 24 nucleotides. The 21- and 24-nucleotide species mediate cleavage of messenger RNAs and DNA methylation, respectively, but the biological functions of the 22-nucleotide siRNAs remain unknown. Here we report the identification and characterization of a group of endogenous 22-nucleotide siRNAs that are generated by the DICER-LIKE 2 (DCL2) protein in plants. When cytoplasmic RNA decay and DCL4 are deficient, the resulting massive accumulation of 22-nucleotide siRNAs causes pleiotropic growth disorders, including severe dwarfism, meristem defects and pigmentation. Notably, two genes that encode nitrate reductases-NIA1 and NIA2-produce nearly half of the 22-nucleotide siRNAs. Production of 22-nucleotide siRNAs triggers the amplification of gene silencing and induces translational repression both gene specifically and globally. Moreover, these 22-nucleotide siRNAs preferentially accumulate upon environmental stress, especially those siRNAs derived from NIA1/2, which act to restrain translation, inhibit plant growth and enhance stress responses. Thus, our research uncovers the unique properties of 22-nucleotide siRNAs, and reveals their importance in plant adaptation to environmental stresses.