南湖網(wǎng)訊（通訊員 洪思行）同在4月11日，Nature Plants以article形式在線發(fā)表了我校作物遺傳改良國家重點實驗室/生科院殷平教授團隊關(guān)于植物RNA編輯復(fù)合體參與RNA編輯分子機制的最新研究成果。
類似于在一篇WORD文檔中，會時常使用插入、刪除、替換等手段來修改文字信息，被稱為文檔編輯。在植物遺傳信息“天書”中，RNA編輯是指通過轉(zhuǎn)錄后特異位點核苷酸的插入、缺失及轉(zhuǎn)換等加工修飾手段，對基因進行修飾和調(diào)控。在高等植物中，RNA編輯主要發(fā)生在線粒體和葉綠體中。RNA編輯異常影響植物細胞器的生物發(fā)生，導(dǎo)致植株生長緩慢，以及生殖發(fā)育障礙。
早在1989年研究人員就在植物中發(fā)現(xiàn)了RNA編輯的現(xiàn)象。2005年，第一個參與RNA編輯的蛋白因子被鑒定出來，發(fā)現(xiàn)它是一個PLS-type的PPR蛋白。隨后，一系列的研究鑒定了多個PLS-type PPR蛋白家族作為反式因子參與RNA編輯。2012年，兩個獨立的研究組同時篩選到另一類RNA編輯因子——MORF蛋白家族（也稱為RIP）。MORF突變體極大的降低線粒體和葉綠體RNA編輯的效率。
但是，這些蛋白因子是如何協(xié)同參與植物細胞器RNA編輯的分子機制并不清楚。
為了解決以上問題，該課題組首先試圖通過結(jié)構(gòu)生物學(xué)手段解析PLS-type PPR蛋白以及MORF蛋白的結(jié)構(gòu)。由于大多數(shù)天然的PPR蛋白性質(zhì)不好，很難拿到天然的PLS-type PPR蛋白進行結(jié)晶實驗。該課題組通過將擬南芥中所有的PLS-type PPR蛋白進行序列保守性分析，巧妙的設(shè)計了一個含有9個重復(fù)序列包含3個PLS三聯(lián)體重復(fù)的PLS-type PPR蛋白，命名為(PLS)3PPR。該蛋白可以進行異源可溶性表達，性質(zhì)穩(wěn)定。最終獲得了PLS-type PPR蛋白的晶體結(jié)構(gòu)，揭示了P，L，S這三類重復(fù)單元結(jié)構(gòu)的差異性。
研究組同時對MORF家族蛋白成員進行結(jié)晶篩選，解析了MORF9蛋白的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其是一類新型的蛋白結(jié)構(gòu)。研究人員通過生化實驗證實(PLS)3PPR通過PLS三聯(lián)體和MORF9相互作用，并解析了(PLS)3PPR - MORF9復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)顯示L-type重復(fù)單元在介導(dǎo)蛋白相互作用過程中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。有意思的是(PLS)3PPR - MORF9復(fù)合物比(PLS)3PPR單體有更強的RNA結(jié)合能力。結(jié)構(gòu)比對發(fā)現(xiàn)，MORF9的結(jié)合驅(qū)使(PLS)3PPR 的L-type重復(fù)單元發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)變，使其更為緊湊，從而使得其第2位和35位的氨基酸距離更近，更有利于其對RNA堿基的結(jié)合。
基于以上發(fā)現(xiàn)，該研究組提出了MORF蛋白在RNA編輯中發(fā)揮功能的分子機制：在沒有MORF蛋白存在的情況下，PLS-type PPR蛋白有較弱的靶標RNA結(jié)合能力；而當(dāng)MORF蛋白存在時，可以引起PLS-type PPR蛋白構(gòu)型發(fā)生改變，從而增強其對靶標RNA的結(jié)合能力。
圖示為葉綠體RNA編輯因子MORF9引起PLS-type PPR蛋白構(gòu)型改變從而增強其對靶標RNA結(jié)合能力的分子機制模型
該研究由博士后閆俊杰、研究生張群霞作為論文共同第一作者，殷平教授作為論文通訊作者。中國科學(xué)院植物研究所林榮呈研究員為本研究提供了幫助。校級蛋白質(zhì)平臺為該研究的開展提供了強有力的支持。上海同步輻射光源（SSRF）為數(shù)據(jù)收集提供了幫助。該研究受到了科技部基金、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)科技自主創(chuàng)新基金和人才啟動基金、以及中國博士后基金的資助。閆俊杰博士特別鳴謝學(xué)校優(yōu)秀博士后持續(xù)職業(yè)發(fā)展基金項目的支持。
文章鏈接：http://www.nature.com/articles/nplants201737
審核人：殷平