生科学院乔永利课题组揭示pre-mRNA可变剪接体参与调控植物RNA沉默和免疫反应的新机制

发布者:新闻中心发布时间:2022-06-17浏览次数:11


基因表达的转录后调控在多种细胞中起着至关重要的作用。RNA剪接作为其第一阶段,就是将pre-mRNA中的内含⼦剪切除去,并将外显⼦有序连接,最终加⼯成成熟的mRNA的过程,而RNA的选择性剪接(AS)是该过程中至关重要的一步,可产生多个来自单个基因的转录本,促进其遗传的多样性和复杂性。AS事件主要包括内含子保留(IR)、外显子跳跃(ES)、外显子互斥(MXE)、替代5'剪接位点(A5SSs)和替代3'剪接位点(A3SSs)等五种形式,在植物中IR是最普遍的AS事件,而ES是动物中最常见的AS事件。AS已经在植物中已进行了广泛研究,参与调节多种生理过程,但是AS调控植物–微生物互作的分子机制知之甚少。

由大豆疫霉菌(Phytophthora sojae)引起的大豆根腐病是其生产上的毁灭性病害之一。研究人员前期工作发现大豆疫霉效应子PSR1具有RNA沉默抑制子的功能(Qiao et al., Nature Genetics, 2013),PSR1的WY结构域对于疫霉菌侵染和RNA沉默抑制活性至关重要的(Zhang et al., New Phytologist, 2019)。进一步研究阐明了该效应子通过与宿主PINP1蛋白特异性结合来调节sRNA生成和植物发育 (Qiao et al., PNAS, 2015)。然而PINIP1抑制植物中小RNA(sRNA)介导的免疫机制还不清楚。

近日,我校生命科学学院乔永利课题组在The Plant Cell期刊在线发表了题为“Phytophthora effector PSR1 hijacks the host pre-mRNA splicing machinery to modulate small RNA biogenesis and plant immunity”的研究论文,详细地揭示了植物可变剪接因子PINP1如何调节sRNA生成和植物免疫的分子机制。

本研究首先发现PSR1效应子在大豆疫霉侵染宿主过程中是一个非常重要的毒性因子。PSR1与PINP1在动物、植物和微生物中的所检测的同源蛋白互作。该研究还阐明了PINP1编码了一个pre-mRNA剪接因子并含有一个ATP依赖 RNA解旋酶结构域;PINP1具有RNA解旋酶活性,能把双链RNA解开形成单链RNA;PINP1是一个调控RNA代谢过程的蛋白,同时能与较长的单/双链RNA和pri-miRNA特异性结合。重要的是,本研究揭示了PSR1通过降低了PINP1的RNA解旋酶活性、RNA和pri-miRNA结合活性,从而抑制了sRNA的生物合成和RNA代谢。

此外,该研究还阐明了PSR1-PINP1相互作用会导致全基因组范围内的AS发生改变。在过表达PSR1和沉默PINP1的转基因植株中,有大量的基因出现了内含子滞留IR事件。这些滞留的IR转录本可能在细胞内翻译成截断的毒性蛋白影响了植物防卫反应,从而提高了植物对疫霉菌敏感性。

综上所述,该研究揭示了植物PINP1蛋白在调节sRNA生物合成和植物免疫中的分子机制,为了解和认识大豆疫霉根腐病菌致病机制提供了重要的科学依据。

 PSR1通过劫持宿主pre-mRNA剪接因子PINP1调控sRNA生物合成和植物免疫的工作模型


我校生命科学学院2019级博士生桂新孟为该论文第一作者,长江大学博士生张鹏、我校生命科学学院2020级博士生王丹以及中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士生丁展为该论文共同第一作者,乔永利教授为该论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目、上海市教育发展基金会以及上海市科委等项目的资助。


(供稿、图片:生命科学学院)