PNAS | 擬南芥P小體介導的選擇性翻譯的機制

2021-02-13 BioArt植物

植物種子通常埋在土壤中。發芽後，幼苗伸長，從土壤中伸出，在陽光下進行光形態發育。光形態發育使幼苗在從土壤中出苗時能夠獲得光合作用和生長競爭力。

RNA顆粒是在細胞質中聚集的mRNA-核糖體蛋白複合物，主要參與調控mRNA的翻譯和降解，p小體（processing bodies, p-bodies）是其中一種RNA顆粒。前期在酵母和人細胞的研究工作發現，p小體能暫時存儲翻譯沉默的mRNA，並且這些mRNA可能重新進入翻譯【1】。在擬南芥幼苗中超過1,000種 mRNA 在黑暗生長時是翻譯惰性的，但是當幼苗首次暴露於光信號時迅速參與翻譯。然而，為什麼一些 mRNA 經歷選擇性翻譯，如何調節選擇性翻譯，以及為什麼它重要仍然是未知的。

近日，中國臺灣中央研究院植物暨微生物學研究所吳素幸研究團隊發表在PNAS上一篇題為Processing bodies control the selective translation for optimal development of Arabidopsis young seedlings 的論文。該研究證明了p小體在黑暗生長的擬南芥幼苗中作為 mRNA 儲庫起作用，並揭示了植物中P小體介導的選擇性翻譯的機制。

 

埋藏在土壤中的發芽植物種子在出苗前從暗形態發生過渡到光形態發生。光改變了擬南芥幼苗暗-光轉換期間的轉錄組，數千條 mRNA 的翻譯效率大幅提升。有趣的是，其中有許多 mRNA 的累積量在光照前後並沒有明顯的差異。因此可以假設這些 mRNA 在暗形態發生時即存在，但他們的翻譯作用卻受到抑制。

在該研究中，研究人員發現，在p小體形成缺陷突變體dcp5-1（Decapping 5）在黑暗和光照條件下都表現出適應性降低。比較野生型和dcp5-1幼苗的轉錄組和翻譯組分析顯示，p小體可以減弱黑暗中特定 mRNA 的過早翻譯，包括編碼原葉綠素合成酶和使種子發芽產生頂端彎鉤的生長素依賴的 PIN-LIKES3 的翻譯。當幼苗從土壤中突出時，光信號的傳導會導致p小體減少及變小，從而釋放出原先暫時儲存的翻譯停滯的 mRNA 進行翻譯。研究中也發現，這些特定的 mRNA 翻譯產物是光形態發生時必需的蛋白質。當p小體形成缺失時，植物無法進行正常的暗形態發生和光形態發生。

 

去黃化過程中P小體翻譯調控作用模式圖

綜上，當植物幼苗在黑暗中生長時，p小體會存儲特定 mRNA 來減緩翻譯，等接受到光信號時，這些 mRNA 並可以迅速釋放出來合成蛋白質，進行光形態發生。讓植物可以及時反應，應歸環境的變化，增加適應力。

參考文獻

1.Parker R, Sheth U (2007) P bodies and the control of mRNA translation and degradation. Mol Cell 25:635–646

原文連結：

https://www.pnas.org/content/early/2019/03/07/1900084116.long

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