New Phytologist | 南科大/南农等揭示一类植物新型RNA结合蛋白调控植物免疫的分子机制

近日，南方科技大学生命科学学院副教授吴柘课题组和南京农业大学植物保护学院教授董莎萌课题组合作在植物科学知名期刊New Phytologist 发表了题为“Plant immunity suppressor SKRP encodes a novel RNA-binding protein that targets exon 3′ end of unspliced RNA”的研究论文，揭示了一类植物新型RNA结合蛋白与剪接复合体互作调控其直接结合的RNA剪接，从而调控植物免疫的分子机制。

农作物病害爆发严重威胁全球的粮食与生态安全，而设计改良作物抗病性是治理病害的重要路径之一。越来越多的研究发现RNA结合蛋白通过影响前体RNA剪接(pre-mRNA splicing)进而直接或间接调控植物抗病反应。虽然动物中RNA结合蛋白的作用机制研究较多，但在植物中RNA结合蛋白调控剪接的机制并不清楚。作为中心法则的剪刀手，RNA剪接由动态变化的剪接体催化完成。在真核生物中，剪接体由U1、U2、U4、U5和U6 snRNP以及其他调节蛋白或者辅助蛋白组成。此外植物进化出其特有的剪接调控蛋白。剪接体各个组分的功能在动物中多有报道，且部分组分是药物设计的重要靶标，但其同源蛋白在植物中的功能大多不清楚。

SKRP蛋白是早先在大豆、番茄等作物中发现的一类新型RNA结合蛋白，具有负调控植物抗疫病的功能1。本研究在前期研究基础上，利用eCLIP-seq技术2,3鉴定到SKRP在植物体内直接结合大量RNA，进一步分析发现SKRP主要结合富集在尚未剪接的外显子的3’末端，此外在内含子3’末端区域也有结合。这与酵母中剪接体U5 snRNP核心组分Prp8的结合模式类似，而且SKRP与包括Prp8在内的多个剪接体组分互作。RNA-seq分析揭示，受SKRP调控的剪接事件80%涉及到SKRP对RNA的直接结合，其中包括植物免疫正调控因子UBP25和RAR1。skrp突变体中UBP25和RAR1未剪接转录本水平降低导致剪接效率升高。进一步，通过在本氏烟中异源表达UBP25和RAR1验证底物RNA的功能，发现内含子未正常剪接的UBP25和RAR1可抑制正常剪接转录本在植物免疫上的功能，提示SKRP可能通过抑制UBP25和RAR1内含子剪接来负调植物免疫。此外，研究还发现SKRP在植物体内可形成非常稳定的聚合体，且这种特征与SKRP对植物免疫及剪接的调节紧密偶联。

该研究解析了新型RNA结合蛋白SKRP通过结合并抑制抗病相关基因的RNA剪接负调控植物免疫的机制，为下一步针对该位点开展农作物抗性的遗传改良提供了重要理论支撑。

图：SKRP在调控剪接反应中可能的作用模式

南京农业大学博士毕业生、南科大访问学者陈玲为该论文的第一作者，吴柘、董莎萌为论文共同通讯作者，南科大研究副教授朱丹灵、惠羽凡博士以及南京农业大学教授吴玉峰、许志晖博士、黄杰博士、博士生舒海东也参与了本项研究。该研究得到了国家自然科学基金、广东省创新创业团队项目、深圳市科创委以及广东省细胞工厂分子设计重点实验室基金的资助。

论文链接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/nph.19236

参考文献：

1.Huang, J. et al. An oomycete plant pathogen reprograms host pre-mRNA splicing to subvert immunity. Nat Commun 8, 2051 (2017).

2.Van Nostrand, E.L. et al. Robust transcriptome-wide discovery of RNA-binding protein binding sites with enhanced CLIP (eCLIP). Nat Methods 13, 508-14 (2016).

3.Zhu, D. et al. The Features and Regulation of Co-transcriptional Splicing in Arabidopsis. Mol Plant 13, 278-294 (2020).

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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