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永利网99007770nm揭示植物DNA损伤调控新机制

  DNA是生物体遗传信息的载体,是正常生长、发育和繁衍所需的遗传模板,维持DNA的完整性和稳定性至关重要。紫外线、辐射和环境污染等引起的DNA损伤影响人和动物的衰老,导致疾病乃至癌症。对植物而言,外界环境因子,如土壤盐碱、重金属、电离辐射、紫外线、洪涝等胁迫,同样会导致DNA损伤,严重影响植物生长发育甚至对作物生产造成:。然而DNA损伤响应及修复的机制在动物和植物中并不完全相同,在植物中的研究较为滞后。揭示调控植物DNA损伤及其修复的机制对于增强作物抗性、提高生物产量具有重要生物学意义。
  近日,永利网99007770nm李胜军研究员带领的能源植物改良与利用研究组揭示了MAC5A和26S蛋白酶体协同调控植物DNA损伤响应(DDR)进而影响植物生长发育及适应高硼胁迫的新机制,相关成果发表在Plant Physiology《植物生理》。
  MOS4-associated complex (MAC)复合体参与植物的生长发育、胁迫响应、pre-mRNA可变剪切和miRNA生物合成等众多生物学过程。MAC5是MAC复合体的一个附属亚基,功能完全丧失后导致严重的发育缺陷和胚胎致死。研究团队之前的研究表明MAC5通过调控pri-miRNA的稳定性影响miRNA的积累(Li et al., PNAS 2020),但MAC5在植物体内的其它生物学功能尚不完全清楚。
  
  图. MAC复合体调控植物DNA损伤响应及生长发育和环境适应性
  该项研究发现,MAC5A缺失突变体mac5a对甲基磺酸甲酯(MMS,一种DNA损伤诱导剂)的处理更加敏感,表现出主根生长抑制、真叶叶原基发育延缓等表型。通过RNA-seq分析发现,MAC5A缺失导致DDR相关基因的表达及pre-mRNA的可变剪切发生变化。此外,通过IP-MS质谱分析鉴定到多个26S蛋白酶体亚基与MAC5A互作,通过生化和遗传分析进一步验证了MAC5A与26S蛋白酶体关键亚基RPN1A和RPT2A之间的互作关系。有意思的是,MAC5A调控26S蛋白酶体的活性,同时26S蛋白酶体也影响MAC5A蛋白的降解。此外,土壤中高浓度的硼影响作物的产量和品质,其中一个主要的原因是高硼胁迫导致植物DNA损伤。该研究发现,MAC复合体的多个核心亚基和26S蛋白酶体均参与高硼诱导的DNA损伤响应过程。综上所述,该研究揭示了MAC复合体和26S蛋白酶体协同调控植物DDR过程的分子机制。
  永利网99007770nm博士后孟祥祥和已出站博士后王全慧为该论文的共同第一作者,李胜军研究员为该论文的通讯作者,内布拉斯加大学林肯分校于彬教授、河南大学胡筑兵教授、西南大学杜海教授参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金面上项目、山东能源研究院创新基金、山东省青年基金、永利网99007770nm特别研究助理、博士后科学基金等项目的资助。
  植物的生长发育与环境适应能力受到RNA的转录及转录后调控,揭示调控植物生长、抗逆的分子基础有助于作物尤其是能源作物的遗传改良。截至目前,该团队在RNA转录后加工领域取得了一系列进展,揭示了MAC复合体附属亚基MAC5(Li et al., PNAS 2020)、MAC复合体核心亚基MAC3(Li et al., Plant Cell 2018)、DEAD-box RNA 螺旋酶SMA1(Li et al., NAR 2018)调控植物生长发育和miRNA合成代谢的生物学机制。 (文/图 孟祥祥)
  原文链接: https://doi.org/10.1093/plphys/kiac510
  Xiangxiang Meng#, Quanhui Wang#, Ruili Hao, Xudong Li, Mu Li, Ruibo Hu, Hai Du,   Zhubing Hu, Bin Yu, Shengjun Li*. RNA-binding protein MAC5A interacts with the 26S proteasome to regulate DNA damage response in Arabidopsis. Plant Physiology, 2022.

 


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