动物早期胚胎发育由存储在卵子中的母源因子（母源mrna及母源蛋白）主导调控，在母源-合子转换（maternal-to-zygotic transition, mzt）期间，母源mrna发生有序的降解，合子基因表达开始激活，逐步完成从母源主导到合子基因主导的过渡。此前研究揭示rna m5c修饰通过其结合蛋白ybx1招募pabpc1a来维持一部分重要母源mrna的稳定性，从而保证母源-合子转换正常进行。然而，早期胚胎发育中母源-合子转换的调控机制仍存在未知。
近日，中国科学院北京基因组研究所杨运桂研究组、清华大学张强锋研究组，以及中科院动物研究所刘峰研究组合作，在genome biology上发表了题为rna structural dynamics regulate early embryogenesis through controlling transcriptome fate and function的研究论文。
研究团队通过小分子修饰结合深度测序的icshape（in vivo click selective 2’-hydroxyl acylation and profiling experiment）技术，绘制斑马鱼早期胚胎发育中4碱基分辨率的rna二级结构图谱，发现rna结构在0 h.p.f.（fertilized egg）至6 h.p.f.（shield stage）之间呈现高度动态性。进一步分析发现，rna结构动态区域富集了包含elavl1a在内的大量母源-合子转换调控元件，提示rna结构的动态变化在母源-合子转换过程中可能发挥一定作用。
研究通过多组学分析发现，rna结合蛋白elavl1a可能以一种rna结构依赖性的机制进行母源mrna稳定性的调控。elavl1a iclip数据和icshape数据联合分析显示elavl1a倾向于结合单链rna，体内/体外rna pulldown、凝胶阻滞实验（emsa）也显示elavl1a倾向于结合单链rna。利用含有elavl1a motif的不同结构探针的报告基因实验证明elavl1a可通过结构依赖性的方式调控rna稳定性。此外，基因功能实验显示elavl1a缺失会导致斑马鱼胚胎发育缺陷，表明elavl1a对早期发育具有重要作用。胚胎发育初期，elavl1a结合并促进一些重要母源mrna的稳定性，让这些母源因子能充分发挥作用；随着发育的进行，elavl1a结合位点区域中rna双链结构逐渐形成并抑制elavl1a的结合，从而有利于这些母源mrna的降解。
该研究首次绘制了斑马鱼早期胚胎发育中4碱基分辨率的rna二级结构图谱，并发现rna二级结构动态性通过改变elavl1a对mrna的结合能力，进而调控母源mrna稳定性，最终影响斑马鱼母源-合子转换及早期胚胎发育。此外，该研究在rna m5c修饰研究的基础上进一步表明rna转录后调控在胚胎发育中具有重要作用。
rna二级结构通过elavl1a调控mrna稳定性示意图
研究团队单位：动物研究所
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