【全面综述】植物环状RNA的鉴定、形成、功能和作用机制

环状RNA（Circular RNAs, circRNAs)是一类具有闭合环状结构的非编码RNA分子，它通常由前体mRNA经反向剪接共价结合形成。circRNAs最初被认为是异常剪接事件的副产物，未能引起研究者的重视。随着高通量测序技术和circRNAs识别算法的发展，研究发现circRNAs广泛存在于真核生物中。circRNAs可以通过多种途径参与基因的表达调控，并且具有重要的生物学意义。与动物circRNAs相比，植物circRNAs的功能有待深入挖掘。2022年9月7日，Plant Communications在线发表了陕西师范大学李广林教授团队联合西北农林科技大学郭韬教授撰写的题为“Identification, biogenesis, function, and mechanism of action of circular RNAs in plants”的综述文章。文章全面聚焦植物circRNAs，系统总结植物circRNAs的鉴定、形成、功能和作用机制，并详细讨论了目前植物circRNAs研究中存在的问题和瓶颈，同时对未来植物circRNAs功能研究的挑战和机遇进行了展望。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2022.100430文章系统梳理了植物circRNAs的生物信息学识别工具、数据库以及实验鉴定方法，包括Northern blotting、PCR、qRT-PCR和ddPCR等（图1）。此外，文章总结了植物circRNAs的形成机制。人和动物外显子circRNAs的形成受反式剪接因子和顺式作用元件共同调控，外显子circRNAs侧翼内含子中的ALU重复元件和反向互补序列能够大大提高其环化的效率。与动物circRNAs不同，只有少数植物外显子circRNAs的形成受侧翼的反向互补序列调控。另外，植物circRNAs的形成可能与剪接因子、RNA结合蛋白、外显子跳跃、DNA或者RNA甲基化等有关（图2）。

文章还全面介绍了植物circRNAs的功能和作用机制。过表达或者敲低circRNAs的遗传证据表明，circRNAs在植物生长发育以及对生物和非生物胁迫反应中发挥重要作用（图3）。circRNAs的环状结构赋予其独特的作用机制，目前发现人和动物circRNAs能够通过形成R-loop结构、作为miRNA海绵、与RNA结合蛋白互作、翻译成蛋白质或多肽等方式发挥作用。植物circRNAs的作用机制研究较少，比如，来自拟南芥SEP3基因第6个外显子形成的circRNA通过与SEP3的DNA结合形成R-loop结构，增加其可变剪接体SEP3.3的表达；拟南芥内含子circRNA larit41与DCL1/HYL1复合物结合，竞争性地抑制HYL1与pri-miRNA的结合；水稻Os06circ02797可能通过与OsMIR408结合，调控OsMIR408靶标基因的表达。另外，质谱和Ribo-seq数据表明，植物circRNAs可能也具有翻译潜力（图4）。

陕西师范大学生命科学学院李广林教授和西北农林科技大学未来农业研究院郭韬教授为文章的共同通讯作者，陕西师范大学生命科学学院师资博士后刘瑞琪博士为文章第一作者，硕士研究生马钰也参与了文章写作。李广林教授团队多年来一直聚焦植物非编码RNA研究，特别是circRNAs的生物信息学挖掘和功能研究，相关工作得到了国家自然科学基金、教育部新世纪优秀人才计划、陕西师范大学中央高校基本科研业务费专项资金和陕西省自然科学基金等项目的经费支持。

转自：“iPlants”微信公众号

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