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我院植物环境与营养课题组在Plant Cell发文揭示可变剪接调控在植物应对矿质营养胁迫中发挥重要作用

国际植物学权威期刊The Plant Cell近期在线发表了我院植物环境与营养团队的一项最新研究成果,论文题为《Alternative Splicing Plays a Critical Role in Maintaining Mineral Nutrient Homeostasis in Rice (Oryza sativa)》。该论文第一署名单位为南京农业大学,我院博士研究生董春兰与何飞为共同第一作者,郑录庆教授为通讯作者。植物环境与营养团队沈振国教授、刘静娴、曹鹏飞、唐敏、石慧超、王武建、李巧璐等师生,以及来自澳大利亚拉筹伯大学Whelan Jim教授及Oliver博士也参与了本项研究。该研究得到国家重点研发专项、国家自然科学基金以及我校高层次引进人才经费和中央高校基本业务费的资助。

可变剪接是生物体内普遍存在的现象,pre-mRNAs的可变剪接可以提高转录组和蛋白组的多样性,并且广泛参与一系列的生物学过程,但是关于可变剪接如何调控植物体内矿质元素代谢仍然不清楚。为了弄清可变剪接在这一过程中所起的作用,本研究对不同矿质元素缺乏条件下的水稻RNA-Seq数据进行了系统的生物信息学分析,发现水稻基因组约53.3%含多个外显子的基因存在可变剪接,这些发生差异可变剪接的基因很少会发生差异表达,并且具有很高的元素特异性。表明仅仅关注营养胁迫下的差异表达基因的研究对于阐明植物应对营养胁迫的分子机制远远不足。丝氨酸精氨酸丰富(SR)蛋白是已被报道的参与pre-mRNAs剪接的重要RNA结合蛋白,为了证实可变剪接在元素代谢中的调控作用,本研究对SR基因突变体应对营养胁迫及矿质元素的吸收转运进行分析,结果显示多个SR突变体体内ZnMnP含量发生了改变,且其中三个SR蛋白可能参与到了P的吸收以及在叶片和地上部的再分配。进一步揭示了可变剪接在水稻矿质营养代谢中发挥了重要作用。该研究首次在可变剪接水平系统分析了水稻体内的缺素响应机制,此外建立了适用于分析模式作物水稻的可变剪接的系统分析方法。拓宽了人们对植物响应非生物胁迫过程的认知,为今后培育营养元素高效利用品种提供了理论依据。

不同矿质营养胁迫下差异表达基因与差异可变剪接基因的韦恩图

据悉,我院植物环境与营养团队的研究主要焦距于植物对必需营养元素的吸收、分配与稳态调控的分子机制、重金属污染的生物修复等方向的研究。近年来主持多项国家重点研发专项课题、国家自然科学基金,取得了一系列重要进展。郑录庆教授2009年博士毕业于浙江大学,之后进入我校杰出校友日本冈山大学马建锋教授实验室从事博士后研究工作,于2013年作为高层次引进人才进入我校生命科学学院工作。主要从事植物营养分子生物学研究。

论文链接:http://www.plantcell.org/content/early/2018/09/25/tpc.18.00051