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科研进展

 瞿礼嘉研究组发现植物中控制RNA剪切以及基因表达的重要基因

细胞内有一大类蛋白质,它们可以结合RNA,因此称为RNA结合蛋白。在模式植物拟南芥中有600多个RNA结合蛋白,其中有一些是植物细胞所特有的RNA结合蛋白,但这些植物特有的RNA结合蛋白调节什么生物学过程、有什么生物学功能呢?这些科学问题长期以来一直困扰着植物学家们。
生命科学学院的瞿礼嘉研究组通过反向遗传学、分子生物学以及生物化学方法针对两个植物特有的RNA结合蛋白RZ-1BRZ-1C进行了生物学功能鉴定。他们发现,RZ-1BRZ-1C在植物的生长发育的各个阶段,如种子萌发、根的伸长、顶端分生组织的发育、开花时间的控制、植株大小的调控等方面,都有重要的功能。RZ-1C蛋白通过C端定位于细胞核中,而且呈Nuclear speckle分布(图一);通过N端的RNA Recognition MotifRRM)结构域结合一段富含嘌呤的RNA序列。更为有趣的是,他们首次发现RZ-1BRZ-1C这两个蛋白可以与一系列的SR蛋白相互作用。无论是在动物细胞中还是在植物细胞中,SR蛋白都是一类控制RNA剪切的重要因子。通过遗传学方法扰乱这两个蛋白与SR蛋白之间的相互作用,会导致植物产生与rz-1b rz-1c双突变体相似的表型。他们随后通过转录组高通量测序分析,揭示出RZ-1BRZ-1C影响了数以百计的基因的pre-mRNA的剪切以及几千个基因的表达水平。他们发现,RZ-1BRZ-1C这两个蛋白可以结合到开花控制基因FLC上,抑制FLC的转录,并促进FLC的剪切,通过转录以及剪切的调控,影响了成熟的FLC mRNA形成,从而影响开花时间(图二)。这项工作从分子水平阐明了RZ-1B/1C这两个植物特有的RNA结合蛋白的工作机理,为人们深入理解植物中RNA结合蛋白调控生长发育的分子机制提供了全新的角度。
这项工作于2016年新年伊始以“RNA-binding proteins RZ-1B and RZ-1C play critical roles in regulating pre-mRNA splicing and gene expression during development in Arabidopsis”为题在线发表在国际知名学术期刊 Plant Cell上。北京大学生命科学学院吴柘博士、朱丹灵博士、博士生林晓雅、苗靳博士是这篇论文的共同第一作者,生命科学学院、北大-清华生命科学中心瞿礼嘉教授是该论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和北大-清华生命科学联合中心的资助。
图一 RZ-1C定位于细胞核中
图二 RZ-1B/1C同时影响FLC的转录和剪接




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