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p-body 通过选择性调控蛋白翻译从而参与植物幼苗的发育

已有 10331 次阅读 2019-3-19 08:10 |系统分类:科研笔记

所有的种子植物早期发育都要经历两个阶段:光形态建成和暗形态建成。而从暗形态到光形态发育过度这个过程尤其重要。这需要植物内部转录重编程以及相应蛋白的降解,以促进参与光形态建成相关蛋白的积累和表达。前期研究表明,光处理前期生长在暗处的幼苗,能够提高核糖体在mRNA上的富集,从而加快蛋白翻译。而这些RNA在暗形态发育下,已经提前储备好了。在细胞质中存在一种叫RNA颗粒的细胞器,由mRNA和核糖核蛋白组成的复合体来负责mRNA的翻译与降解。RNA颗粒根据它所在的细胞类型以及成分可以分成很多种类。其中有一种叫作P-body存在于酵母和哺乳动物不同的发育阶段或在压力条件下。植物中,P-bodies主要是在胚胎发育后期以及响应热和气孔压力中发挥作用。P-bodies被普遍认为是负责降解mRNA的场所,但最近越来越多的证据证明在酵母和哺乳动物中p-bodies也负责暂时存储mRNA,为后期重新启动翻译作准备。

这篇文章证明,拟南芥在暗生长阶段,一些mRNA会存储在p-bodies中,当光处理幼苗后,p-bodies的数量减少,并同时解除对mRNA的翻译抑制,使一些光形态建成相关基因重新表达,促进植物发育。

结果:

光处理能够使一些光合相关基因以及去白化相关基因表达升高,而p-bodies又对一些蛋白有翻译抑制作用。作者假设是否突变掉p-bodie核心成分能否展现出不正常的发育表型。作者使用DCP5(一个p-bodies的核心成分)的弱突变,发现dcp5-1 的weak mutation较WT的下胚轴更短,不管用什么波段的白光处理。如图:

这个结果表明DCP5光形态发育过程中起负调控作用,而DCP5又是p-bodies的成分,于是作者接下来研究是否p-bodies也受光信号的调控。

作者接下来就检测所有编码p-bodies成分的基因表达量在光照条件下(DCP1,DCP2,VCS,XRN4,TZF1),发现仅有DCP2和TZF1的表达水平下调。作者后构建了35:DCP2-YFP并证明了其生物学活性,后用光处理幼苗,发现p-bodies数量减少,然而DCP2-YFP的蛋白水平没有任何变化。同样的结果也被观察到当用DCP2的native promoter,所以作者得出结论p-bodies数量的减少并非由于DCP2蛋白水平降低导致。如图:

于是作者接下里猜想是否光感知以及光信号导致p-bodies的积累下调,作者将DCP2-YFP转到hy2 mutant中,发现DCP2-YFP的荧光foci并没有改变。于是接下来验证是否光信号对p-bodies有影响,于是作者观察了DCP2-YFP再cop1 mutant中的foci,发现DCP-YFP labeled p-bodies很难被检测到,并且同时检测了DCP2-YFP以及DCP5在WT,cop1以及hy2中的蛋白水平,发现并不是DCP2和DCP5的蛋白水平变化导致。如图:

以上结果表明COP1对p-bodies的积累是必要的。

接下来作者证明是否光诱导的大约1000个水平增加的mRNA是否储存在白化幼苗的p-bodies中,以及光诱导的p-bodies的减少是否导致这些储存的mRNA重新翻译。作者首先证明了在dcp5-1以及WT背景下,polysome-bound的水平(mRNApl)以及steady-state的mRNA水平(mRNAss),结果发现黑暗条件下,dcp5中的活性mRNA水平较WT多,也暗示了p-bodies抑制了翻译过程在白化的幼苗中。为了排除p-bodies可能会降解mRNA,作者也做了一系列实验来排除这一可能,如图:

总结:

本文发现了一种新的途径来调控植物的发育,p-bodies通过控制光形态建成相关的基因来控制transition from dark to light,这一精确调控对植物的发育至关重要。




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