2020-03-03 寻找rRNA的足迹(11)—— REIL2与冷胁迫

研究背景与问题

  • 背景
    拟南芥冷应激反应的分子机制部分阐述

    • CBF(C-repeat-binding factor)是一个冷反应转录因子,包括CBF1,CBF2和CBF3(也称为DREB1b,DREB1c和DREB1a),在植物冷驯化中起关键作用。
      CBF蛋白识别并结合在许多冷响应基因(COR)启动子区的CRT / DRE(C-repeat/dehydration responsive element)motif上,进而促进这些下游基因的转录。
      三个CBF基因在冷胁迫下会被迅速上调并持续短暂时间。一组转录因子在寒冷胁迫下控制CBF基因的转录上调,包括ICE1,MYB15,ZAT12和CAMTA。
    • OST1是一个蛋白激酶,它磷酸化ICE1,使其稳定,这对于CBF基因和下游基因的表达很重要。
      OST1还使新生的多肽相关复合物(NAC),BTF3和BTF3L的β-亚基磷酸化,进而增强了BTF3与CBF之间的相互作用,增强了CBF蛋白在冷胁迫下的稳定性。

    rRNA调控因素阐述

    • 文中提到的STCH4被鉴定为 REIL2 基因。
    • 拟南芥中的REIL1和REIL2基因是冷驯化过程中60S核糖体积累所必需的,对寒冷植物的生长至关重要,研究少。
    • 酵母中的Reh1和 Rei1 分别是REIL1和 REIL2 的同源基因。
    • Rei1是酵母细胞质中的锌指蛋白,是一种核糖体生物发生因子,缺少Rei1的酵母对冷胁迫敏感。
    • Rei1可以触发在细胞质成熟过程中从60S核糖体亚基释放Arx1。Arx1和AIb1在60S核糖体亚基的肽出口通道形成复合物,因此Alb1-Arx1的释放对60S亚基的成熟至关重要。在Rei1酵母突变细胞中,Arx1持续与60S亚基结合,无法循环到细胞核中。
    • Reh1(与REI1同源)与Rei1冗余。在没有Rei1的情况下,Reh1与60S核糖体相互作用并使其稳定。
  • 问题与结论

    • 筛选鉴定了一种冷超敏突变体stch4(对chilling 4 敏感)。 该因子在冷胁迫下上调,过表达表现抗寒、抗冻。 stch4突变降低CBF蛋白水平,从而延迟CBF调节子的效应。stch4突变体中,核糖体RNA加工减少,在冷胁迫下表现更为明显。
    • STCH4与多种核糖体蛋白缔合,并且这些相互作用受到冷胁迫的调节。
    • 此研究表明,STCH4调节rRNA加工并影响拟南芥中的CBF蛋白积累。 STCH4可调节冷胁迫条件下的核糖体形成,并通过调节早期冷应答转录因子(例如CBF蛋白)的翻译来触发冷胁迫耐受性。

研究过程与实验思路

  • stch4突变体的筛选鉴定
    T-DNA突变体中筛选到对冷胁迫超敏感的突变体stch4 → 基因注释为REIL2,酵母锌指蛋白Rei1的同源基因 → 突变体表型:常温(22℃)正常,低温(4℃)超敏 → 回补实验,表型恢复 → 不具有其他非生物敏感特性 → cbf三突中检测STCH4的mRNA结果表明不在cbf下游 → STCH4启动子亚细胞定位显示在核与质中都发挥作用。
  • STCH4超表达增强了植株抗冷胁迫能力
  • STCH4可以影响冷胁迫基因的表达
  • stch4突变体中CBF蛋白水平降低
  • stch4突变体在低温条件下有rRNA加工缺陷

表达积累

词汇

  • paralog 横向同源物
  • acclimation 适应
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