[发明专利]改变mRNA的细胞间迁移性的方法

说明书

本发明涉及改变生物中基因的mRNA的细胞间迁移性的方法，包括：通过突变mRNA转录自的基因来修饰mRNA中存在的tRNA样结构，或在基因的转录部分中包含tRNA样结构的序列。该方法特别适用于植物。细胞间迁移性可以是在不同器官之间的细胞间迁移性。突变基因例如是用于诱导转录物的迁移性丧失，并且包括从所述基因中缺失所述tRNA样结构的序列、突变所述tRNA样结构的序列以改变其三维构型或将遗传元件插入所述基因中以从所述基因的转录部分中去除tRNA样结构，或用于诱导转录物的目的地的改变，并且包括修饰所述基因的tRNA样结构的序列，以使得所述转录物寻址到不同于所述转录物的原始目的地的位置。

发明领域

本发明涉及改变生物中基因的mRNA的细胞间迁移性的方法。

背景

生物学中最基本的原则之一是DNA、RNA和蛋白质之间的关系。通常，在真核生物中，DNA包含可以转录成信使RNA(mRNA)分子的基因，并且这些mRNA分子随后被翻译成蛋白质。这些不同的步骤发生在真核细胞的不同位置：DNA包含在细胞器内，细胞器位于真核细胞的细胞质(即细胞核、线粒体或叶绿体)内。然而，mRNA转录物需要从该细胞器输出，因为翻译通常发生在细胞的细胞质中，这是翻译所需的核糖体所在的位置。

因此，对于生物系统的正常功能而言，mRNA转录物通过细胞器膜从一个亚细胞区室迁移到另一个亚细胞区室是至关重要的。通过这种方式，细胞的遗传信息被有效地转化为大量不同的蛋白质，这些蛋白质一起工作以使细胞能够维持其自身的功能和新陈代谢，并对其环境和来自生物内其他细胞的信号以及来自生物环境的信号作出充分的反应。因此，这种所谓的细胞自主性导致细胞的表型和行为与多细胞生物中的细胞自身遗传信息直接相关的情况。

然而，研究人员还观察到非细胞自主性的情况，其中一个细胞影响另一个细胞的表型。在多细胞生物中，不同的细胞相互通信，因此它们影响和协调彼此的行为和表型。在一些情况下，存在于一个细胞的基因组中的突变甚至可能影响在其基因组中没有所述突变的另一个细胞的表型。

在植物中已观察到非细胞自主性的好实例。在植物的韧皮部液中，已经检测到许多编码蛋白质的mRNA转录物、小RNA分子和蛋白质，它们可以从植物中的一个位置迁移到另一个位置。因此，在一些情况下，一个细胞产生mRNA转录物，然后将其输出到另一个细胞，其中mRNA转录物可以翻译成蛋白质，并且蛋白质在其中实现其功能。这种通过脉管组织从一种细胞类型、组织或器官到另一种细胞、组织或器官的长距离信息交换是知之甚少的，但它为植物如何发挥作用、它们如何协调自身的发育和生长以及它们的器官如何对植物的环境做出协调一致的反应提供了新的复杂程度。它揭示了生物不同部位的细胞和器官彼此之间的交流，不仅通过激素等小信号分子，而且通过协调的方式交换大分子。然而，该系统的作用模式(触发迁移的RNA基序，它们的转运程度以及它们在转运后转化为功能蛋白的可能性)在现有技术中是未知的。

在导致本发明的研究中，观察到存在于植物韧皮部液中的许多mRNA转录物(并且富含在嵌合嫁接连接处迁移的mRNA转录物库中)包含tRNA样结构(TLS)。通过显示当野生型和转基因植物相互嫁接时，携带独特TLS的mRNA从转基因根迁移到野生型叶和从转基因叶迁移到野生型花或根中，证明tRNA样结构足以赋予mRNA转录物迁移性。进一步显示这些可迁移的mRNA转录物在其转运后被翻译成蛋白质。还发现双顺反子mRNA::tRNA转录物(即携带TLS的mRNA转录物)经常在拟南芥中产生，并且它们富集在嫁接可迁移的mRNA的群体中。“嫁接可迁移的mRNA”是能够移动通过嫁接连接处的mRNA。