生命科學(xué)學(xué)院楊俊課題組發(fā)現(xiàn)環(huán)化酶類似蛋白參與玉米籽粒發(fā)育新機(jī)制
本網(wǎng)訊??2022年2月15日，The Plant Cell雜志上在線發(fā)表了安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院作物抗逆育種與減災(zāi)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室楊俊課題組題為“Maize RNA 3’-terminal phosphate cyclase-like protein promotes 18S pre-rRNA cleavage and is important for kernel development”的研究論文（https://doi.org/10.1093/plcell/koac052）。該研究揭示玉米R(shí)NA末端環(huán)化酶類似蛋白ZmRCL1參與18S核糖體RNA (rRNA)成熟和籽粒發(fā)育的分子機(jī)制。這是安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)首次以第一單位和通訊單位在The Plant Cell上發(fā)表研究論文。
?
rRNA的加工過程在酵母和擬南芥中研究的比較清楚，rRNA前體（pre-rRNA）上有多個(gè)可供核糖核酸內(nèi)切酶和外切酶作用的位點(diǎn)。pre-rRNA通過不同的加工路徑在多個(gè)核糖核酸內(nèi)切酶和外切酶的共同作用下，在多個(gè)特定位點(diǎn)，經(jīng)過一系列的加工形成成熟的rRNA分子。最近，玉米中pre-rRNA加工模式解析發(fā)現(xiàn)其路徑與酵母有很多相似之處（圖1，Liu et al., JEB 2020）。然而，玉米中明確參與pre-rRNA的關(guān)鍵加工因子卻鮮有報(bào)道。
?
圖1 玉米35S pre-rRNA加工途徑示意圖
楊俊課題組在擴(kuò)繁轉(zhuǎn)座子插入突變體過程中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)能夠穩(wěn)定遺傳的籽粒發(fā)育異常的材料，命名為rcl1。該突變體在授粉后10天就能被觀察到，石蠟切片顯示胚的細(xì)胞分化停滯，胚乳部分的基底轉(zhuǎn)運(yùn)層和外圍糊粉層細(xì)胞分化也存在異常，醇溶和非醇溶蛋白的合成均受到影響，蛋白體的數(shù)目減少。成熟后的rcl1突變體籽粒胚發(fā)育不良，胚乳多為粉質(zhì)，淀粉含量和淀粉體形態(tài)也發(fā)生異常。通過圖位克隆和PCR產(chǎn)物測(cè)序發(fā)現(xiàn)在玉米RCL1上存在轉(zhuǎn)座子插入，并與表型緊密關(guān)聯(lián)。
?
圖2 RCL1參與18S pre-rRNA加工過程A：Agilent 2100分析野生型和rcl1突變體總RNA?B：核糖體cRT-PCR分析野生型和rcl118S rRNA?C：野生型和rcl1籽粒Ribosome profile結(jié)果 D：cRT-PCR引物和Northern blot探針檢測(cè)示意圖 E：Northern blot檢測(cè)18S pre-rRNA加工中間體 F：cRT-PCR分析18S pre-rRNA加工中間體。
進(jìn)一步的等位雜交和遺傳互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了RCL1突變導(dǎo)致籽粒發(fā)育和儲(chǔ)存物質(zhì)合成減少的表型。亞細(xì)胞定位顯示RCL1是一個(gè)核仁蛋白，這暗示它可能與其酵母同源蛋白R(shí)cl1p的功能類似，參于pre-rRNA加工。通過Agilent 2100分析和環(huán)化RT-PCR等方法發(fā)現(xiàn)，rcl1突變體中成熟18S rRNA減少，而5.8S和25S rRNA的水平較為正常，說明RCL1參與18S rRNA加工，而非轉(zhuǎn)錄（圖2A，B）。與18S rRNA減少相一致的是，Ribosome profile發(fā)現(xiàn)rcl1中40S小亞基、80S核糖單體以及多聚核糖體含量減少，而60S大亞基升高（圖2C）。進(jìn)一步通過Northern blot以及環(huán)化RT-PCR的方法發(fā)現(xiàn)RCL1參與到35S pre-rRNA的P’、A1、A2位點(diǎn)的剪切，與這些位點(diǎn)密切相關(guān)的rRNA中間體積累，相應(yīng)剪切產(chǎn)物的水平減少，從而引起成熟18S rRNA水平降低（圖2D-F）。由于多聚核糖體的減少，RT-qPCR和Western blot實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)rcl1籽粒中淀粉合成路徑的至少四個(gè)關(guān)鍵酶（PPDK，GBSS1，SS1和SS2）以及淀粉儲(chǔ)存蛋白編碼基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的核心轉(zhuǎn)錄因子Opaque2的翻譯過程受到影響。該研究發(fā)現(xiàn)了玉米R(shí)CL1的功能保守性，闡明了其通過參與18S pre-rRNA加工影響核糖體形成參與籽粒發(fā)育和儲(chǔ)存物質(zhì)合成的分子機(jī)制。(圖3)
?
圖3 RCL1參與18S pre-rRNA加工，影響核糖體形成，進(jìn)而影響關(guān)鍵蛋白翻譯過程，最后參與籽粒發(fā)育和儲(chǔ)存物質(zhì)合成的作用模式圖
??安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院楊俊課題組在讀博士生王濤為論文的第一作者，楊俊教授為論文的唯一通訊作者。實(shí)驗(yàn)室已畢業(yè)碩士生常宇妹、在讀博士生趙凱和安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草所副研究員董慶也參與了該工作。該研究得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFF1000300）、安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)高層次人才引進(jìn)項(xiàng)目和作物抗逆育種與減災(zāi)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室開放基金（NELCOF20190105）的資助。（生命科學(xué)學(xué)院）
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com