4.AET1而不是RACK1A以及eIF3h直接和OsARF mRNA結合
AET1與RACK1A以及eIF3h的結合是否和mRNA相關?RIP測序(云序生物提供)幫助研究者快速的明確哪些mRNA能夠和蛋白AET1結合,分析結果顯示高溫條件下545個mRNA分子只在野生型水稻株當中和AET1結合,而僅僅208個mRNA分子只在AET1突變植物當中和AET1蛋白結合,50個基因的mRNA分子在兩個樣本當中均發生結合。KEGG結果顯示高溫條件下野生型水稻株當中和AET1結合的mRNA的來源基因往往和光合作用以及代謝過程相關,而高溫條件下只在AET1突變株當中結合的mRNA往往和氨基酸代謝通路相關。這些結果均顯示AET1的功能喪失可以通過tRNA的表達分布的失衡從而影響蛋白的合成。比較有趣的是,熱圖提示高溫條件下和植物生長素(auxin)相關的基因在野生型和突變型當中有明顯的改變,OsARF基因發生了明顯富集,暗示AET1基因可能是通過改變植物生長素信號通路來應對高溫產生應答反應。
對RIP-seq結果進行進一步驗證,RIP qPCR(云序生物可提供)結果顯示OsARF19基因的上游開放閱讀框(uORF)和下游主要開放閱讀框(mORF)被明顯富集,高溫條件下的野生型和AET1突變型這兩者的富集程度有所區別。之前的報道顯示擬南芥當中,許多OsARF mRNA包含可以依賴eIF3h而抑制翻譯的uORFs,作者推測在OsARFs基因當中的uORFs對mORFs的抑制作用也存在,通過預測,RIP-qPCR的進一步驗證表明OsARF23 mRNA含有獨特的“start-stop”uORF結構,AET1能夠在高溫環境下通過OsARF mRNA來調控auxin信號通路。最終結果證明,是AET1,而不是RACK1A或者eIF3h廣泛的結合OsARF mRNA來調控OsARF mRNA的翻譯過程。
圖4. AET1與生長素響應因子的mRNA結合
5.AET1和RACK1A以及eIF3h共同調控OsARF mRNA的翻譯效率
高溫條件下OsARF19和OsARF23翻譯效率均下降,通過CRISPR/Cas9對RACK1A eIF3h基因進行突變發現,相關基因有明顯下降,植物的生長出現明顯的缺陷,比如高度下降、種子產率低等等問題。AET1、eIF3h、RACK1A蛋白表達水平和mRNA轉錄水平保持一致,結果表明AET1蛋白可以明顯的降低OsARF23蛋白的翻譯效率,同時RACK1A以及eIF3h的敲除均能夠引起OsARF23的表達下降。AET1突變水稻株對于外源性的auxin并不敏感,并且AET1基因使水稻對于高溫有更好的適應能力。
圖5. AET1與RACK1A和eIF3h一起調節OsARF mRNA的翻譯效率
總結:
植物是無梗生物,因此進化出許多適應環境溫度變化的策略。在本研究中,作者發現了一種名為AET1的鳥苷酰轉移酶,它可以結合ER(內質網)中的RACK1A和elF3h蛋白,并與OsARF
mRNAs緊密結合,從而調控相應的蛋白的翻譯,使水稻對于高溫有更好的適應能力。