遗传发育所等发现MHZ9是水稻乙烯信号途径的翻译调控因子

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日期:2023-08-07 09:48:34    来源:遗传与发育生物学研究所    


(相关资料图)

蛋白质是生命活动的主要承担者,其合成由编码基因的mRNA含量与翻译效率共同决定。翻译调控可在不改变mRNA含量的情况下,快速可逆地调控蛋白合成,有助于生物在感知内外源信号后,迅速做出应变行为。

乙烯信号在植物生长发育与逆境胁迫中发挥重要作用。前期拟南芥研究发现,EIN2通过直接或间接靶向乙烯信号负调控组分EBF1/2 mRNA进行翻译抑制来激活乙烯信号。然而,这一过程是否有RNA结合蛋白的参与,以及乙烯信号在全基因组水平会有怎样的翻译调控模式,尚不清楚。

中国科学院遗传与发育生物学研究所张劲松研究组和中国农业大学,通过分析水稻乙烯不敏感突变体mhz9,鉴定到一个包含甘氨酸-酪氨酸-苯丙氨酸(GYF)结构域的蛋白MHZ9(MAO HUZI 9);解析了MHZ9通过直接结合OsEBF1/2和其他他相关mRNA,启动全基因组水平的翻译调控从而激活乙烯反应的分子机制。

MHZ9定位于胞质RNA加工小体(P-body)。MHZ9蛋白C端富含谷氨酰胺的结构介导了MHZ9与OsEIN2 CEND的互作及MHZ9的P-body定位。MHZ9蛋白N端含有RNA加工相关结构域PRP4,直接结合OsEBFs mRNA及许多其他相关基因。植物体内,MHZ9可能通过其C端与OsEIN2 CEND互作接受上游乙烯信号,激活MHZ9 N端的RNA结合活性,结合OsEBF1/2 mRNA的3’UTR,介导乙烯对OsEBF1/2 mRNA的翻译抑制(如图)。在mhz9中OsEBFs的翻译不受抑制,OsEBFs蛋白过度累积,降低下游转录因子OsEIL1的稳定性,引起根的乙烯不敏感反应。

Ribo-seq分析显示乙烯造成水稻大量基因翻译效率的改变,涉及氨基酸代谢、tRNA合成、自噬和脂类代谢等过程。而这些乙烯诱导的翻译响应基因中有超过90%基因的翻译效率改变依赖MHZ9。MHZ9直接结合并调控了包括OsEBFs在内的部分基因。MHZ9除参与黄化苗乙烯反应外,还影响株高、分蘖数和籽粒大小等农艺性状,暗示MHZ9可能通过其介导的转录后/翻译调控参与植物的不同发育过程。该研究鉴定了新的乙烯信号调控组分,揭示了水稻乙烯信号转导的翻译调控机制,为培育耐逆稳产水稻等作物提供了新的基因资源和理论依据。

8月4日,相关研究成果在线发表在《自然-通讯》(Nature Communications,DOI:10.1038/s41467-023-40429-0)上。研究工作得到国家自然科学基金等的支持。华南农业大学科研人员参与研究。

MHZ9介导水稻乙烯信号转导的工作模型

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