RNA剪接不僅是生成成熟mRNA的必經之路，還會伴隨產生一類名為“內含子套索RNA”的副產物。長期以來，套索RNA因不編碼蛋白質，且通常被去分支酶DBR1迅速降解，被視為RNA剪接過程中的“垃圾”。然而，DBR1功能缺失會導致套索RNA累積，并在動植物中引發胚胎致死，這說明套索RNA的清除對生物存活至關重要，但其背后的根本原因一直不甚明確。

2026年6月26日，復旦大學生命科學學院鄭丙蓮教授團隊聯合中國科學院遺傳與發育生物學研究所張曉明研究員團隊在Science雜志上發表了題為lariat RNA debranching prevents harmful siRNA burst in plants的研究論文。該研究首次揭示DBR1介導的套索RNA去分支過程能夠防止有害小干擾RNA（siRNA）的大量爆發，從而確保植物正常生長發育與免疫應答。

RNA剪接的“副產品”—套索RNA

RNA剪接分為兩步：首先，內含子在5‘剪接位點（通常為GT）被切開，游離的5’末端與分支點（通常為A）通過2‘-5’磷酸二酯鍵連接，形成套索中間體；隨后，內含子在3‘剪接位點（通常為AG）被切開，兩個外顯子相連生成mRNA，而被切除的內含子即成為套索RNA。套索RNA由2’-5‘和3’-5‘磷酸二酯鍵共同維持其獨特的環狀結構。

套索RNA通常被去分支酶DBR1水解后，再由外切核酸酶進一步降解。DBR1在所有生物中均為單拷貝，功能高度保守，動物、植物和酵母的DBR1甚至可以相互替代。DBR1功能缺失在動植物中均導致胚胎致死，提示套索RNA的清除對生命活動至關重要。然而，DBR1突變導致套索RNA累積并最終致死的具體機制，長期未被闡明。

首次發現套索RNA來源的新型小RNA—lasiRNA

高等生物絕大多數基因含多個內含子，每生成一條mRNA便伴隨多個套索RNA的產生。然而，由于套索RNA結構特殊，體內檢測與體外合成都十分困難，相關研究長期面臨技術瓶頸。復旦大學鄭丙蓮團隊近十年來依托植物遺傳學優勢，圍繞套索RNA開展系統研究：成功分離出功能減弱但不完全缺失的dbr1弱突變體，并基于該材料建立了高通量測序檢測套索RNA的方法；鑒定了ALBA蛋白輔助DBR1促進套索RNA降解的關鍵機制；還發現套索RNA代謝具有高度發育時空特異性。在本研究中，團隊對dbr1突變體進行小RNA深度測序，意外發現累積套索RNA的內含子位點存在21-nt和22-nt的小干擾RNA。研究人員將這類全新的內源小干擾RNA命名為lasiRNA（lariat RNA-derived siRNA）。進一步機制研究表明，RNA依賴的RNA聚合酶（RDR）能夠識別套索RNA獨特的環狀結構，以其為模板合成雙鏈RNA，再經Dicer-like蛋白（DCL）切割加工，最終形成不同長度的成熟lasiRNA。這是首次證實套索RNA可以作為功能性小RNA的合成前體。

圖1. dbr1突變體中內含子區域新產生來自于雙鏈的21-nt、22-nt的lasiRNA.

有害lasiRNA的“罪魁禍首”：22-nt lasiRNA擾亂生長與防御

在解析lasiRNA合成途徑后，研究人員進一步挖掘其生物學功能，厘清了DBR1參與植物生長與防御平衡調控的分子邏輯。比較各類突變體的生長發育表型發現：dbr1弱突變體僅表現出輕微發育缺陷；而dbr1 dcl4雙突變體則出現苗期生長停滯等嚴重發育障礙；進一步缺失DCL2后，該發育停滯表型得以恢復。已知DCL4主要產生21-nt siRNA，DCL2主要產生22-nt siRNA。為何DCL4缺失會使套索RNA變得如此有害？深入分析發現，DCL2產生的22-nt lasiRNA中，約10%能夠靶向重要生長發育基因（如硝酸還原酶基因NIA2）的編碼區，觸發次級siRNA的爆發，導致靶基因表達被抑制，植物死亡。當植物同時面臨病原菌侵染（如蕪菁花葉病毒TuMV）時，22-nt lasiRNA進一步累積，并偏好靶向重要防御基因（如WRKY53、WRKY40）的編碼區，同樣引發次級siRNA爆發，使植物對病原菌超敏感。這些結果清晰表明，DCL2介導生成的22-nt lasiRNA，是破壞植物生長與防御功能的關鍵分子。

圖2. 22-nt的lasiRNA觸發重要基因上次級siRNA迸發影響植物生長和防御。

層級調控模型：套索RNA的三重代謝命運

綜上，DCL2產生的22-nt lasiRNA是引發植物發育異常和防御受損的核心因素，而DCL4可通過與DCL2競爭底物（套索RNA）來緩解其毒性。當DCL4失活時，套索RNA大量被DCL2加工，產生的22-nt lasiRNA靶向重要發育和防御基因的編碼區，觸發次級siRNA級聯反應。基于完整的實驗證據，團隊創新性地提出了套索RNA三重代謝命運的層級調控模型，揭示了植物維持胞內套索RNA穩態的精妙策略：

第一層（基礎通路）：DBR1介導的去分支降解，在正常生理狀態下高效清除套索RNA，維持套索RNA代謝平衡；

第二層（代償通路）：當DBR1功能部分缺失、套索RNA累積時，植物啟動DCL4生成21-nt lasiRNA，盡可能避免基因表達紊亂；

第三層（重塑通路）：在DBR1與DCL4雙重受阻的情況下（如病原菌侵染），套索RNA轉而由DCL2主導生成22-nt lasiRNA，誘發次級siRNA級聯反應，干擾重要基因表達，導致嚴重發育缺陷和防御異常。

圖3. 植物套索RNA代謝清除的層級模型。

綜上所述，該研究系統解析了植物套索RNA的代謝調控網絡，構建了套索RNA三重代謝命運層級調控模型，并完整闡明了新型小RNA—lasiRNA的生物合成機制。研究證實，不同類型的lasiRNA發揮差異化功能，分層調控植物生長發育與廣譜免疫，幫助植物實現生長與防御的動態平衡。這一成果打破了“套索RNA僅是RNA剪接垃圾副產物”的傳統認知，豐富了真核生物RNA穩態的多層級調控理論，也為內含子功能的探索開辟了新方向。值得注意的是，動物中也有報道套索RNA累積會影響PKR等免疫分子激活進而損害免疫功能。殊途同歸，這些發現共同說明：套索RNA的及時清除，是生物存活的重要基礎。

根據本研究的核心機制（DBR1介導的套索RNA清除，防止套索RNA被RDR/DCL通路劫持并加工成siRNA，從而確保生物存活），團隊設計了概念圖，以傳統神話元素象征這一分子層面的“拉鋸戰”：DBR1化身為身穿淺色服裝的守護仙女；而劫持套索RNA并將其加工成siRNA的RDR/DCL則被描繪為身穿深色服裝的入侵巫女；中間的套索結構代表套索RNA。

該研究由復旦大學與中國科學院遺傳與發育生物學研究所合作完成。復旦大學直博生唐祺、中科院博士生丁晨曦為論文共同第一作者；復旦大學鄭丙蓮教授、中科院遺傳發育所張曉明研究員為共同通訊作者。復旦大學張小跎、王泰云、崔瑞雪、楊雯雅和中科院朱孟杰參與相關實驗工作。復旦大學麻錦彪教授、任國棟研究員在課題開展和論文投稿過程中給予重要指導。研究得到科技部重點研發計劃、國家自然科學基金重點項目和杰青項目等資助。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aeb4938