文献速读

2026年6月3日，复旦大学生命科学学院任国栋课题组在The Plant Journal （中国科学院一区TOP，IF=6.2）在线发表了题为“An extensive forward genetic screen identifies the HWS-AGO1 axis as pivotal for target mimicry-mediated miRNA degradation in Arabidopsis”的研究论文。该研究通过大规模正向遗传学筛选，结合遗传学和分子生物学分析，明确F-box型E3泛素连接酶HWS是模拟靶标指导的miRNA降解通路（plant target-directed miRNA degradation，pTDMD）的核心因子，并鉴定出AGO1上R421和G422两个残基是影响该通路效率的关键位点。该工作为pTDMD完整生化通路的解析奠定了遗传学基础。

正文导读

结论一：HWS是pTDMD途径的核心调控因子

研究团队基于前期建立的STTM160转基因报告系统（该体系可有效触发miR160的模拟靶标依赖性降解），开展了大规模的EMS化学诱变筛选。除此前鉴定到的9个hws等位突变体外，本研究新鉴定到14个 hws等位突变体（hws-15～hws-28），这些突变均能近乎完全回复STTM160所致的发育缺陷表型。值得注意的是，多个新突变位点集中于HWS蛋白C末端未注释区域（339–411 aa）。通过AlphaFold3三维结构预测和Foldseek同源比对，研究人员发现HWS的91–411 aa区域可折叠形成典型的六叶片Kelch β-螺旋桨结构。三维结构映射显示，错义突变在F-box和整个Kelch结构域中呈散在分布，提示这两个结构域均对HWS功能至关重要。

图1. HWS是pTDMD的核心调节因子

结论二：AGO1 PAZ结构域中两个相邻氨基酸残基（R421和G422）决定pTDMD效率

除hws等位突变体外，研究还分离到三个表型回复程度较弱的非HWS突变体（S61、A21和L38）。遗传定位结合BSA-seq和全基因组重测序发现，这三个突变均位于AGO1基因。其中S61和A21为PAZ结构域第421位精氨酸至赖氨酸的替换（R421K），L38为相邻第422位甘氨酸至天冬氨酸的替换（G422D）。团队利用引导编辑（Prime Editing）技术重新创制了AGO1^R421K-PE编辑型突变体，并确认该突变可显著抑制STTM160诱导的miR160降解及发育缺陷。功能验证表明，R421和G422是高效pTDMD所必需的关键位点。

图2. AGO1^R421K和AGO1^G422D突变对高效的pTDMD是必需的

结论三：AGO1^R421K和AGO1^G422D突变选择性影响部分miRNA的稳态

与典型的ago1功能缺陷突变体不同，AGO1^R421K和AGO1^G422D单突变体在营养生长阶段无明显发育缺陷，且AGO1蛋白积累水平未发生改变，表明其靶标沉默功能整体完整。然而，两种突变体均表现出于成熟果荚萼片持续附着的 “skirt”表型（类似 hws突变体），且miR164、miR168和miR398等受HWS调控的miRNA同样呈现选择性积累。该结果提示AGO1与HWS可能在特定miRNA亚群的稳态调控中协同发挥作用。

图3. AGO1^R421K和AGO1^G422D突变仅影响部分miRNA的表达水平

结论四：AGO1^R421K和AGO1^G422D突变可挽救HWS过表达引起的发育缺陷

HWS过表达（HWS-OE）会导致拟南芥植株矮小、叶片锯齿、育性降低等多效性发育缺陷，并伴随多个miRNA的显著下调。为探究这些表型是否源于miRNA剂量的异常降低，研究团队将AGO1^R421K或AGO1^G422D突变引入HWS-OE背景。结果显示，在HWS转录水平基本不变的情况下，两个突变均以显性方式显著回复了HWS-OE的发育缺陷，同时恢复了miR398、miR164和miR168等下调miRNA的表达水平。该结果强有力地证明，HWS过表达引发的发育异常主要归因于miRNA降解的过度激活。

图4. AGO1^R421K和AGO1^G422D突变回复HWS过表达产生的发育缺陷及miRNA的下调

结论五：AGO1^R421K突变会导致结合模拟靶标的沉默复合体异常累积

在STTM160 AGO1^R421K和STTM160 AGO1^G422D回复突变体中，STTM160转录本仍高效表达，而miR160水平显著恢复，表明模拟靶标RNA及其对应的miRNA能够稳定共存。借助AGO1-RNA免疫沉淀（AGO1-RIP）实验，研究人员发现，在磷饥饿条件下，AGO1^R421K突变体的AGO1免疫沉淀物中可同时检测到miR160与STTM160，以及miR399与其内源模拟靶标IPS1/AT4/AT4.1，而野生型下此类共沉淀现象明显减弱。该结果表明，R421K突变导致“AGO1–miRNA–模拟靶标”组成的三元复合体发生异常滞留，提示AGO1第421位精氨酸对于HWS依赖性清除该复合体至关重要。

图5. AGO1^R421K是高效清除结合模拟靶标的沉默复合体所必需的

基于上述发现，研究团队提出以下工作模型：当miRNA结合模拟靶标RNA时，可引起沉默复合体发生构象变化或翻译后修饰，暴露出被HWS识别的“降解信号”。HWS作为SCF型 E3泛素连接酶的底物适配器，可能通过泛素-蛋白酶体途径（或其他途径）介导AGO1的降解或沉默复合体的解离。随后，释放的miRNA被未知核酸酶降解，而模拟靶标RNA可被循环利用。在此过程中，AGO1 PAZ结构域的R421和G422氨基酸残基对pTDMD效率至关重要。

图6. HWS与AGO1协同调控pTDMD的工作模型

论文信息

An extensive forward genetic screen identifies the HWS-AGO1 axis as pivotal for target mimicry-mediated miRNA degradation in Arabidopsis

杨林#，刘梦媛#，郭梦玮，樊友宏，王友超，方宁，康桂婷，李宁，方宜潇，梅俊，张旭敏，李继喜，杨进孝，任国栋*

The Plant Journal

DOI：10.1111/tpj.70960

原文链接：https://doi.org/10.1111/tpj.70960

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期刊介绍

The Plant Journal (TPJ) 作为植物科学方向的国际权威期刊，涵盖植物生物学研究的多个方面，包括遗传学、发育生物学、细胞生物学、分子生物学和生理学等，致力于发表具有重要影响力的原创研究成果，在植物科学领域享有盛誉。该期刊由英国实验生物学会于1991年创立。

2025 JIF：6.2 ｜ CiteScore：10

https://onlinelibrary.wiley.com/journal/1365313x

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