7月30日，《Plant Physiology》雜志在線(xiàn)發(fā)表了上海師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院黃繼榮團(tuán)隊(duì)的研究論文“SPLICING FACTOR1 is Important in Chloroplast Development under Cold Stress”，揭示了模式植物擬南芥中剪接因子AtSF1調(diào)控低溫下葉綠體發(fā)育的分子機(jī)制。

黃繼榮課題組一直致力于核基因編碼的葉綠體蛋白質(zhì)THF1 (THYLAKOID FORMATION1)的功能與作用機(jī)理研究?；赥HF1突變產(chǎn)生斑葉的表型，課題組通過(guò)構(gòu)建thf1為背景的突變體庫(kù)，篩選斑葉表型消失的突變體，獲得了一系列thf1的回復(fù)子，發(fā)現(xiàn)多個(gè)回復(fù)子編碼定位于葉綠體的核糖體亞基及核糖體活性調(diào)節(jié)因子，表明thf1斑葉表型與葉綠體翻譯過(guò)程高度相關(guān)。與之前報(bào)道的斑葉回復(fù)子都編碼定位于葉綠體的蛋白質(zhì)不同，本研究介紹了一個(gè)新型的斑葉回復(fù)子，命名為sot4，其編碼一個(gè)定位于細(xì)胞核并在真核生物中高度保守的RNA剪接因子（Splicing Factor1,SF1）。sot4屬于錯(cuò)義點(diǎn)突變，導(dǎo)致第198位的甘氨酸殘基變成了精氨酸殘基（SF1G198R）。sot4與完全敲除突變體一樣，呈現(xiàn)植株矮小、短根、對(duì)激素ABA超敏感，以及在低溫(4℃)下生長(zhǎng)出現(xiàn)新葉嚴(yán)重黃化但能慢慢轉(zhuǎn)綠的表型。

為了闡明AtSF1的作用機(jī)理，科研人員分析了突變體和野生型的轉(zhuǎn)錄組，發(fā)現(xiàn)突變體中許多基因的內(nèi)含子不能被有效剪

，譬如編碼葉綠體核糖體亞基的基因（PPRL28和PRPL4）、葉綠體rRNA加工成熟因子的基因（PAC）等，導(dǎo)致mRNA因含有提前終止密碼子（PTC）而不能產(chǎn)生有功能的蛋白質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)：與野生型相比，低溫下生長(zhǎng)的突變體中部分內(nèi)含子剪接效率劇烈下降，推測(cè)葉綠體中的核糖體活性也明顯降低。對(duì)于斑葉突變體來(lái)說(shuō)，核糖體活性降低使葉綠體發(fā)育時(shí)間延長(zhǎng)，因此有利于葉綠體發(fā)育而回復(fù)斑葉表型。

SF1負(fù)責(zé)識(shí)別內(nèi)含子中的分支位點(diǎn)（BPS）序列，是RNA剪接過(guò)程中不可缺少的重要因子，在酵母和哺乳動(dòng)物中也證明了SF1的功能缺失導(dǎo)致細(xì)胞死亡。但令人意外的是atsf1突變體并不出現(xiàn)死亡癥狀，推測(cè)其BPS序列不像酵母和哺乳動(dòng)物的基因中那么保守。由于迄今尚未報(bào)道植物基因內(nèi)含子中的BPS序列，因此團(tuán)隊(duì)成員通過(guò)分析atsf1轉(zhuǎn)錄組中滯留的內(nèi)含子信息，找到了一個(gè)保守的BPS序列， 5′-CU（U/A）AU-3′。RNA-EMSA實(shí)驗(yàn)證實(shí)了AtSF1能直接與含有5'-CU（U/A）AU-3'的BPS序列的內(nèi)含子結(jié)合，說(shuō)明AtSF1對(duì)于維持?jǐn)M南芥中含有這類(lèi)BPS的內(nèi)含子的剪接效率是必需的。有趣的是，跟AtSF1G198R一樣，如果酵母SF1同源蛋白Msl5p中的同一點(diǎn)突變也會(huì)導(dǎo)致酵母生長(zhǎng)對(duì)低溫敏感的表型，以及顯著降低含有次優(yōu)BPS序列的內(nèi)含子的剪接效率。

總之，這些發(fā)現(xiàn)揭示了AtSF1具有調(diào)節(jié)內(nèi)含子剪接效率的重要功能，尤其是當(dāng)植物生長(zhǎng)于寒冷環(huán)境時(shí)，AtSF1能通過(guò)維持植物基因的剪接效率來(lái)提高植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。同時(shí)也揭示了AtSF1參與低溫下葉綠體核糖體的活性維持。

該研究工作主要由朱亞娟博士、黃偉華副研究員和吳文娟講師等在黃繼榮教授指導(dǎo)下合作完成，同時(shí)得到武漢大學(xué)徐永鎮(zhèn)教授和安徽醫(yī)科大學(xué)邵偉副教授的指導(dǎo)與合作。該研究得到了轉(zhuǎn)基因?qū)ｍ?xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和上海植物分子科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接地址：http://www.plantphysiol.org/content/early/2020/07/30/pp.20.00706

DOI: https://doi.org/10.1104/pp.20.00706

（供稿、圖片：生命科學(xué)學(xué)院）