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近日,北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院賈桂芳課題組在 《Molecular Plant》 上在線發(fā)表了題為 “Arabidopsis N6-methyladenosine reader CPSF30-L recognizes FUE signal to control polyadenylation site choice in liquid-like nuclear body” 的研究論文。該研究鑒定了CPSF30-L為植物擬南芥中的一個全新m6A結(jié)合蛋白,揭示了CPSF30-L依賴m6A識別促進(jìn)相變過程,以及調(diào)控選擇性多聚腺苷酸化的分子機(jī)制。
m6A是mRNA上豐度最高的化學(xué)修飾,普遍存在于動物、植物、真菌以及RNA病毒之中。m6A可以分別在甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物和去甲基酶的作用下被可逆地添加和去除,并由m6A結(jié)合蛋白識別并影響RNA代謝的各個方面。盡管m6A相關(guān)蛋白在哺乳動物中已經(jīng)被充分地鑒定及表征,但m6A在植物生長發(fā)育中以及RNA代謝中的調(diào)控功能研究仍十分有限。
賈桂芳課題組致力于研究m6A在植物體中影響生長發(fā)育以及刺激響應(yīng)的分子機(jī)制,在此前的研究中,該課題組繪制了植物擬南芥和玉米的RNA修飾m6A全轉(zhuǎn)錄圖譜(Nature Communications, 2014, 5, 5630;Plant Physiology, 2020, 182, 332),鑒定了植物擬南芥中m6A去修飾酶ALKBH10B和第一個m6A結(jié)合蛋白ECT2的生物功能(Plant Cell, 2018, 30, 968;Plant Cell, 2017, 29, 2995),推動了植物中表觀轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究。不同的m6A識別蛋白在mRNA的代謝過程中發(fā)揮著不同的調(diào)控功能, m6A結(jié)合結(jié)構(gòu)域YTH在擬南芥中有13種同源蛋白之多,然而對于擬南芥中YTH結(jié)合家族蛋白的研究以及調(diào)控機(jī)制相對較少。
該研究鑒定出擬南芥中CPSF30-L為m6A的結(jié)合蛋白,并且發(fā)現(xiàn)CPSF30-L可以通過m6A的結(jié)合能力影響擬南芥的開花以及ABA響應(yīng)。亞細(xì)胞定位以及FRAP實(shí)驗(yàn)表明CPSF30-L蛋白分布于細(xì)胞核中并發(fā)生液液相分離形成核體結(jié)構(gòu),并且CPSF30-L的m6A結(jié)合功能可以促進(jìn)相分離的核體形成。
利用該課題組之前開發(fā)的甲醛交聯(lián)-免疫共沉淀技術(shù),在全轉(zhuǎn)錄組水平上鑒定了CPSF30-L-RNA相互作用位點(diǎn),揭示了CPSF30-L主要結(jié)合mRNA的3'非翻譯區(qū) (3'UTR),并且傾向于結(jié)合保守m6A基序以及聚腺苷酸化信號—UGUA、GAAMH、AAUAAA,暗示CPSF30-L通過識別m6A修飾的聚腺苷酸化信號調(diào)控pre-mRNA 3'末端的加工過程。隨后,對野生型和CPSF30-L的T-DNA插入突變體cpsf30-l進(jìn)行poly(A)位點(diǎn)測序分析,發(fā)現(xiàn)CPSF30-L的破壞會整體影響poly(A)位點(diǎn)的選擇,進(jìn)一步的分析證實(shí),CPSF30-L通過識別 m6A修飾的FUE聚腺苷酸化信號進(jìn)而精密控制poly(A)位點(diǎn)的選擇。
與擬南芥開花以及ABA響應(yīng)的三個基因SOC1, RPN10及FYVE1的轉(zhuǎn)錄本可以被m6A修飾且被CPSF30-L結(jié)合。相對于野生型而言,在cpsf30-l中,SOC1, RPN10及FYVE1的pre-mRNA在3’UTR加工過程中更傾向于遠(yuǎn)端poly(A)位點(diǎn),導(dǎo)致3’UTR加長易被降解,相應(yīng)mRNA表達(dá)量下降,繼而導(dǎo)致cpsf30-l突變體中呈現(xiàn)出晚花以及ABA響應(yīng)敏感的表型(圖一)。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了植物中m6A的全新功能—調(diào)控植物pre-mRNA聚腺苷酸化和植物相分離的分子機(jī)制。
圖一. CPSF30-L 調(diào)控聚腺苷酸化的分子機(jī)制圖
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北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院賈桂芳研究員為該論文的通訊作者,2017級博士研究生生宋培哲,博士后楊軍波為該論文的共同第一作者,該研究得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、北京大學(xué)及北京分子科學(xué)國家研究中心的資助。
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文章鏈接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205221000149
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