武漢大學胥國勇研究組開發uORFlight數據庫——飛向真核生物 uORF研究的重要工具
上遊開放閱讀框（upstream open reading frame；uORF）廣泛存在于真核生物 mRNA中。其作為一種翻譯調控元件，精準調控下遊有重要生物學功能的主要開放閱讀框（major open reading frame, mORF）的翻譯。已有研究表明，在人類基因組中，uORF 的變異與人類疾病密切有關。然而，植物中天然存在的 uORF 變異情況還沒有被鑒定，也沒有與表型相關聯。通過深入挖掘拟南芥（the 1001 Genomes Project）和水稻（the 3000 Rice Genomes Project）基因組測序計劃的數據，作者構建了uORFlight（http://uorflight.whu.edu.cn 點擊底部閱讀原文可直接查看）數據庫。該數據庫将有助于研究拟南芥和水稻基因不同剪接體之間的 uORF 變化。更重要的是，可以在群體水平計算uORF 出現的頻率，并找出對應的SNP或者INDEL，後期通過數據庫查詢或者簡單實驗可以找到與其相關聯的表型變異，為用戶研究 uORF 在植物發育和适應外界環境方面的功能提供新思路。此外，數據庫中還收集了 uORF 研究相關文獻，進行了整理分類，并提供了下載鍊接。
該數據庫包含的物種共計16個，包括真菌類的灰黴菌（Botrytis cinerea）；植物類的拟南芥（Arabidopsis thaliana）、水稻（Oryza sativa）、油菜（Brassica napus）、棉花（Gossypium raimondii）、苜蓿（Medicago truncatula）、番茄（Solanum lycopersicum）、大豆（Glycine max）、馬鈴薯（Solanum tuberosum）、小麥（Triticum aestivum）、玉米（Zea mays）；後生動物類的線蟲（Caenorhabditis elegans）、果蠅（Drosophila melanogaster）；脊椎動物斑馬魚（Drosophila melanogaster）、小鼠（Mus musculus）和人類（Homo sapiens）。
mRNA 被翻譯時，核糖體43S亞基會從 mRNA的 5’ 端開始尋找起始密碼子，找到之後結合核糖體 60S亞基，重組成80S核糖體，随即開始翻譯延伸，直到遇到終止密碼子，80S核糖體解體，60S亞基從mRNA上脫離，40S亞基仍有可能與mRNA結合。uORF的起始密碼子會先于其對應的mORF被40S掃描到，因此，通常uORF的翻譯是優先于mORF，導緻mORF的翻譯受阻。隻有在重起始（Reinitiation）和遺漏掃描（Leaky scanning）這兩種模式下，下遊的mORF才會有機會被翻譯。這兩種機制常被用于解釋正常生長和發育情況下，某些mORF表達受限的現象。更重要的是，為了響應代謝物、離子穩态、激素變化、環境信号和免疫誘導等刺激，uORF 抑制mORF的翻譯被接觸，從而使得下遊mORF翻譯幫助細胞适應外界環境。這種精确的、瞬時的調控模式，會調控 mORFs的翻譯效率，以此來保證不同生理條件下蛋白質的數量和質量。由于這些特征，前期工作成功地将uORF介導的翻譯控制應用到了作物抗病，在正常條件下其可以限制有細胞毒性的抗性蛋白翻譯，在病原菌感染的情況下允許進行短暫的表達以幫助宿主建立免疫反應。
過去對基因表達調控都集中于轉錄水平，前期工作證明了翻譯調控元件使用的優越性，為精準控制基因表達提供了新的選擇。這樣的翻譯調控元件挖掘還處于起步階段，該數據庫将有助于尋找天然元件并進行學習，為後期人工合成類似元件用于合成生物學研究提供了重要的工具。
參考文獻：
1. Guoyong Xu*, George H. Greene*, Heejin Yoo*, Lijing Liu, Jorge Marqués, Jonathan Motley, Xinnian Dong#: Global translational reprogramming is a fundamental layer of immune regulation in plants. Nature 04/17; 545(7655): 487-490., DOI:10.1038/nature22371
2. Guoyong Xu*, Meng Yuan*, Chaoren Ai, Lijing Liu, Edward Zhuang, Sargis Karapetyan, Shiping Wang, Xinnian Dong#: uORF-mediated translation allows engineered plant disease resistance without fitness cost. Nature 04/17; 545(7655): 491-494., DOI:10.1038/nature22372
3. Ruixia Niu*, Yulu Zhou*, Rui Mou, Zhijuan Tang, Zhao Wang, Guilong Zhou, Sibin Guo, Meng Yuan and Guoyong Xu#: uORFlight: a vehicle towards uORF-mediated translational regulation mechanisms in eukaryotes. bioRxiv 07/19; DOI: https://doi.org/10.1101/713321
數據庫鍊接：
http://uorflight.whu.edu.cn/
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/713321v1
http://gdyjy.whu.edu.cn/info/1045/1019.htm
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