人類可以尋找陰涼處或減少衣物來躲避酷暑，而植物只能扎根原地，無法移動。那么，它們?nèi)绾卧跇O端高溫環(huán)境下生存？這個曾困擾許多人的問題——如今，科學(xué)家給出了答案。
韓國生物科學(xué)與生物技術(shù)研究院（KRIBB）植物系統(tǒng)工程研究中心Hye Sun Cho博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊，在分子層面率先揭示了植物適應(yīng)高溫脅迫并生存的內(nèi)在機(jī)制。這一突破性發(fā)現(xiàn)將為培育氣候適應(yīng)性作物品種以及開發(fā)下一代基因調(diào)控技術(shù)帶來重大進(jìn)展。
所有生物體的遺傳信息存儲在DNA中，這些信息會被轉(zhuǎn)錄成RNA前體（pre-mRNA）。然而，RNA前體中既包含用于編碼蛋白質(zhì)的片段（外顯子），也包含非編碼片段（內(nèi)含子）。為了生成具有功能的蛋白質(zhì)，需要通過一個稱為“RNA剪接”的過程，精準(zhǔn)移除內(nèi)含子，并將外顯子連接起來形成成熟的mRNA。
這一剪接過程由一種名為“剪接體”的分子機(jī)器執(zhí)行。該復(fù)合體如同精密的編輯工具，對RNA前體進(jìn)行加工，確保植物能在正確的時間合成所需的蛋白質(zhì)。
圖片信息：熱應(yīng)激條件下 PP2A B′η 調(diào)控 RNA 剪接的示意圖。
KRIBB研究團(tuán)隊成功鑒定出該過程中一個關(guān)鍵的調(diào)控蛋白：PP2A B′η（B-prime-eta）。研究人員發(fā)現(xiàn)，在高溫脅迫下，該蛋白通過調(diào)控剪接體組分的活性（特別是促進(jìn)關(guān)鍵組分的去磷酸化），促使植物精準(zhǔn)完成RNA剪接，進(jìn)而快速合成應(yīng)對高溫所必需的蛋白質(zhì)。 這一發(fā)現(xiàn)首次在植物中揭示了這種響應(yīng)高溫的、由特定蛋白介導(dǎo)的RNA剪接調(diào)控機(jī)制。
為驗證該蛋白的功能，研究人員調(diào)控了植物體內(nèi)PP2A B′η的表達(dá)水平。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：缺乏這種蛋白的植物在高溫下難以萌芽或存活；而過量表達(dá)該蛋白的植物則生長良好，表現(xiàn)出顯著更高的耐熱性和存活率。
此外，研究還揭示了這一現(xiàn)象背后的分子機(jī)制：缺失PP2A B′η會導(dǎo)致大量基因（特別是熱脅迫響應(yīng)基因）的RNA剪接異常（主要表現(xiàn)為內(nèi)含子滯留），阻礙關(guān)鍵蛋白質(zhì)的合成，從而降低植物的耐熱性。
“這一發(fā)現(xiàn)恰逢其時，”論文通訊作者Hye Sun Cho博士強(qiáng)調(diào)，“隨著氣候變化加劇，對耐高溫作物的需求將日益增長。我們在PP2A B′η上的研究成果，為開發(fā)氣候適應(yīng)性作物品種以及探索新的基因調(diào)控策略指明了方向。”
期刊：The Plant Cell
DOI：10.1093/plcell/koaf117
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