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我中心揭示核糖体合成缺陷影响植物发育的分子机制
发布时间:2021-01-25

核糖体是细胞中一种在进化上高度保守且构成极其复杂的核糖核蛋白复合体,也是细胞中唯一的蛋白翻译机器。核糖体生物合成过程涉及核糖体rRNA的转录、加工、与核糖体蛋白的互作及大分子复合体前体的出核等,这些过程在不同的时空条件下依赖多种不同的核糖体生物合成因子。

20195月,山东省农业科学院生物技术研究中心的李膨呈/王兴军课题组在植物学经典杂志《Plant Physiology》(一区TOPIF6.92)上发表了题为“The AAA-ATPase MIDASIN 1 Functions in Ribosome Biogenesis and Is Essential for Embryo and Root Development”的研究论文。该论文利用筛选到的一株名为mdn1-1/dsr1的拟南芥突变体,在分子层面揭示了核糖体加工因子MDN1在植物细胞中介导60S核糖体前体的加工及出核过程。在发育层面,MDN1功能缺失使胚胎致死;当MDN1功能紊乱或下降时,可导致胚胎发育异常、种子活力下降、植株发育迟缓、主根变短以及对高糖环境敏感等表型。然而,MDN1功能紊乱引发的核糖体加工缺陷使植株产生上述异常表型的分子机制仍然未知。

近日,该课题组解释上述问题的最新研究论文“Coordination between MIDASIN 1-mediated ribosome biogenesis and auxin for modulating plant development”在植物学经典杂志《Journal of Experimental Botany》(简称JXBTOP, 5-year IF 7.011)上在线发表。

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研究人员利用生长素特异响应报告系统,发现在mdn1-1突变体中生长素响应出现异常。进一步利用RNA-seq,发现当MDN1介导的核糖体加工发生缺陷时,可在全局水平影响生长素系统,包括生长素合成、转运及信号转导等,说明MDN1对生长素系统的维持是必需的。植物生长发育依赖于生长素在组织中的最适浓度梯度,而生长素浓度梯度的形成依赖于转运蛋白AUX1PINs等对生长素的极性运输。有趣的是,在mdn1-1突变体中,尽管编码生长素转运蛋白PIN2的基因在转录水平显著下调,但其蛋白水平却显著积累,说明PIN2在核糖体合成缺陷的条件下可能发生转录后调控。该课题组还发现,MDN1基因是一个生长素响应基因,在其启动子区有至少5个生长素响应元件。利用酵母单杂技术,发现包括ARF7ARF19在内的多个ARF转录因子能够在体外直接结合MDN1基因启动子。此外,在arf7 arf19双突变体中,MDN1基因对生长素的响应能力显著下降。综上,本研究论文揭示在植物细胞中MDN1介导的核糖体生物合成和生长素系统之间存在一种相互协调机制,该机制可能对植物的适应性发挥重要作用。


课题组李膨呈博士和王兴军研究员为共同通讯作者。已毕业博士生李科、在读硕士生周希萌及孙雪萍参与了本研究。该论文得到国家自然科学青年基金、泰山学者工程及山东省农科院创新工程的支持。

论文链接:https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/erab025/6105258

 

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近年来,王兴军研究员带领的创新团队在细胞生物学领域围绕质体信号及核糖体应激响应,在作物分子育种领域围绕基因鉴定及功能性分子标记开发等持续进行探索,取得了一系列的突破,研究成果先后在Plant PhysiologyPlant Biotechnology JournalPlant JournalJournal of Experimental Botany等高水平期刊上发表。论文如下:

[1]      The AAA-ATPase MIDASIN 1 Functions in Ribosome Biogenesis and Is Essential for Embryo and Root Development. Plant Physiology, 2019, 180:289-304. 第一作者:李膨呈,通讯作者:王兴军

[2]      Whole genome resequencing based QTL seq identified AhTc1 gene encoding a R2R3 MYB transcription factor controlling peanut purple testa color. Plant Biotechnology Journal. 2020,18:96–105. 第一作者:赵钰涵,通讯作者:王兴军、赵传志

[3]      RAB GTPASE HOMOLOG 8D is required for maintenance of both the root stem cell niche and meristem, 2021, Plant Journal. 第一作者兼通讯作者:李膨呈,共同通讯作者:王兴军