近日，the plant cell在线发表了山东大学生命科学学院谭保才课题组题为“maizeshrek1encodes a wd40 protein that regulates pre-rrna processing in ribosome biogenesis”的研究论文。该研究揭示了玉米wd40蛋白shrek1参与核糖体pre-rrna加工并影响籽粒发育的分子机制。
在所有生命有机体中，核糖体是将mrna转译为蛋白质的分子机器。核酸信息到蛋白信息的传递是细胞赖以生存的基础。核糖体生物合成是一个极其复杂的生物学过程，包括rrna前体的转录、修饰、折叠、加工并伴随着核糖体蛋白整合rrna组装成核糖体大小亚基的过程。目前，核糖体生物合成过程在酵母中的研究最为详尽。但是，在植物中尤其是作物中关于核糖体生物合成的研究较少。
该课题组以玉米籽粒发育缺陷突变体为研究材料，从uniformmu突变体库中分离并鉴定了一个籽粒皱缩并且胚缺陷（shrunkenandembryo defectivekernel）的突变体命名为shrek1。相较于野生型籽粒，shrek1突变体籽粒百粒重和营养物质储存显著下降，并且胚胎致死。通过mu-seq并结合转基因回补实验确定了目的基因。生物信息学分析发现，shrek1编码一个wd40家族的蛋白并且该蛋白与酵母核糖体生物合成因子periodic tryptophan protein 1（pwp1）有一定的相似性。进一步研究表明shrek1定位在细胞核的核仁组织区并且shrek1蛋白在发育的籽粒中高度累积。核糖体和rrna分型表明，shrek1突变体中60s/40s以及25s/18s rrna比值显著低于野生型。rna凝胶印迹和crt-pcr实验表明shrek1突变体中35s、33s、27sa2和18s-a2/3 pre-rrnas大量累积，同时27sa3 pre-rrna水平降低。这些结果表明shrek1是pre-rrna前体有效加工所必需的，并且主要影响pre-60s的成熟。
真核生物存在两种pre-rrna加工途径，包括5'ets-first和its1-first加工途径。植物优先采用its1-first加工途径。shrek1的功能缺陷会打破这两个加工途径的动态平衡。shrek1突变体中大量累积了5'ets-first途径的27sa2 pre-rrna和its1-first途径的35s pre-rrna，这两个前体的下一步加工依赖于a3位点的断裂。y2h、lci和co-ip实验表明，shrek1能够跟zmrpl7以及zmpop4蛋白互作。zmpop4是mitochondrial rna processing (mrp)复合物的一个亚基，与酵母pop4同源。酵母rnase mrp催化a3位点的加工，推测shrek1通过与zmpop4的互作调节a3位点的加工。关于玉米mrp复合物进化过程中是否保留了酵母mrp核酸内切酶的活性仍需进一步研究。
转录组测序发现shrek1突变体中核糖体功能相关基因显著上调，而生长发育过程、营养物质储存相关基因显著下调。突变中核糖体功能缺陷和基本生物学过程受阻，导致了shrek1籽粒发育的缺陷。
本研究得到国家自然科学基金资助。山东大学在读博士生刘慧为该论文第一作者，谭保才教授为该论文的通讯作者。该团队长期从事植物种子发育的分子遗传机制研究。
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