Plant Com | 华中农大解析水稻多组织翻译图谱与等位基因翻译效率特异性现象

翻译调控是控制基因合成蛋白质的重要步骤，也是导致转录本丰度和蛋白质含量相关性弱的主要原因之一。此前对植物翻译调控的研究多聚焦在单个组织正常和胁迫条件下的比较分析，对多组织翻译图谱的了解相对缺乏。此外，研究作物尤其是杂种中等位基因特异性翻译现象可以加深对杂种优势这一普遍而又重要的生物学现象的理解。

近日，华中农业大学生物信息团队陈玲玲教授（现工作单位广西大学）和高俊祥副教授课题组在Plant Communications杂志上在线发表了题为“Ribosome profiling reveals the translational landscape and allele-specific translational efficiency in rice”的文章，利用核糖体印迹测序技术（Ribo-seq）对籼稻珍汕97、明恢63及其杂交后代汕优63的多个组织翻译图谱进行了研究，同时在杂种中鉴定到420个存在等位特异性翻译效率基因，首次对水稻中等位基因特异性翻译调控问题进行了探讨。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2022.100457

该研究首先构建了珍汕97，明恢63及汕优63的各三个组织（根、幼叶和幼穗）的高质量核糖体印记文库，获取了受到核糖体保护的RNA片段。结合相应组织的二代转录组测序数据，对正在进行翻译的RNA进行了定量分析，主要结果如下：

（1）翻译调控更加多样化，主要表现在翻译组的变异程度要高于转录组。相同品种不同组织间的表达差异远高于不同品种同一组织之间的，但相同组织间的转录和翻译差异大致相同。差异转录和翻译基因分析表明，相比于转录调控，仅受到翻译调控影响的基因数量更少，但这些基因参与了水稻的重要发育过程，有些差异翻译基因与品种或组织的特异性相关；

（2）水稻中的uORFs在不同组织中表现出对主ORFs（mORFs）不同的调控效应。在根中uORFs的存在会降低mORFs的翻译效率，但在幼叶和幼穗中uORFs的存在基本不影响mORFs的翻译效率。此外，绝大多数包含uORFs基因的功能富集为转录因子活性；

（3）水稻中只有少量的非编码RNAs（lncRNAs）具有翻译潜能，其中少数能够预测到保守结构域。

该研究进一步利用deltaTE工具及课题组开发的PP2PG工具构建了鉴定杂种中等位特异性翻译效率（ASTE）基因的流程（图2），共鉴定到420个ASTE基因，其中根中的数量最多，不同组织共有的ASTE基因数量很少。多个基因在杂种不同组织中表现出等位特异性翻译，例如与叶片衰老和产量相关的基因ONAC096，其来自珍汕97的等位基因在杂种中几乎不翻译。通过比较等位基因在亲本间的翻译偏好性，我们在杂种中发现了两种翻译效率变化模式。值得注意的是，这些变化只表现在翻译水平上，表明了等位特异性翻译调控在杂种优势中可能具有一定作用。由于子代的一对等位基因所处的反式作用因子环境相似，翻译效率的变化主要与mRNA有关的顺式调控元件相关。作者进一步分析了mRNAs中的单核苷酸多态性（SNPs）位点、GC含量、Kozak序列、二级结构、uORFs和miRNA结合位点对等位翻译效率的可能影响。结果显示大部分顺式调控元件对等位翻译效率的调控作用并不显著，但mRNA二级结构和miRNA结合位点的差异可能会调控等位基因各自的翻译，从而导致等位基因翻译效率不同。

华中农业大学博士研究生朱玺桐和周润为论文共同第一作者，陈玲玲教授和高俊祥副教授为共同通讯作者，张建伟教授参与了项目指导。该研究受到国家自然科学基金、湖北省自然科学基金创新群体和广西大学高层次人才基金资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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