MicroRNA processing in Arabidopsis thaliana

Abstract

Pflanzliche microRNAs (miRNAs) werden durch das RNaseIII-ähnliche Enzym DICER-LIKE1 prozessiert, zusammen mit dem doppelstrang-bindenden Protein HYPONASTIC LEAVES1 und dem Zink Finger Protein SERRATE. Zusammen schneiden sie eine miRNA/miRNA* Duplex aus der primären miRNA Transkript (pri-miRNA) aus, mit einem 2 Nukleotid Überhang am 3' Ende. Pri-miRNAs beinhalten eine teilweise selbst-komplementäre Haarnadel-Struktur, aus der die endgültige miRNA hervorgeht. Im Gegensatz zu tierischen miRNA Vorläufern sind pflanzliche Vorläufer sehr divers und es ist bisher nicht bekant, wie die miRNA Sequenz aus dem Vorläufer erkannt wird. Wir haben eine extensive in vivo Struktur Analyse der miR172a aus Arabidopsis thaliana durchgeführt und dabei einen für die Prozessierung sensiblen Übergang von einzel- zu doppelsträngig gefunden (15 Nukleotide unter der miRNA). Dieses Attribut ist in vielen aber nicht allen pflanzlichen miRNA Vorläufern vorhanden. Zusätzlich haben wir auch im distalen Bereich wichtige Elemente für die Prozessierung gefunden. Unserer Erfolg ein de novo minimal miRNA Vorläufer herzustellen, der prozessiert wird, zeigt, daß die von uns entdeckten Elemente notwendig und ausreichend sind für miRNA Prozessierung.

Plant microRNAs (miRNAs) are processed by the RNase III-like enzyme DICER-LIKE1 acting in concert with the double-stranded RNA-binding protein HYPONASTIC LEAVES1 and the zinc finger protein SERRATE. Together, they excise a miRNA/miRNA* duplex with a 2 nucleotide 3' overhang from the primary miRNA (pri-miRNA) transcript. pri-miRNAs include a partially self-complementary foldback or stem loop, which gives rise to the mature miRNA. In animals, pri-miRNAs are very similar, with a stereotypic position of the miRNA within the foldback. Accordingly, rules for miRNA excision from the precursor are quite simple in animals. In contrast, how miRNA sequences are recognized in the structurally much more diverse foldbacks of plants is unknown. We have performed an extensive in vivo structure-function analysis of Arabidopsis thaliana pri-miRNA 172a (pri-miR172a). A junction of single-stranded and double-stranded RNA 15 nucleotides proximal from the miRNA/miRNA* duplex appears to be essential for accurate miR172a processing. This attribute is found in several other but not all plant miRNA foldbacks. In addition, we have identified features of the distal foldback structure important for miR172a processing. Our ability to engineer de novo a func- tional minimal miRNA precursor highlights that we have discovered several elements both necessary and sufficient for accurate miRNA processing.