SlRBP1 在番茄中诱导目标 RNA 的结构重塑

《Horticultural Plant Journal》：SlRBP1 induces target RNA structure remodeling in tomato

番茄SlRBP1通过重塑目标RNA二级结构调控翻译效率，并与SlDHX34形成复合物实现RNA结构动态调控。

　　RNA的二级结构在基因调控中扮演着至关重要的角色，其变化能够影响RNA的多种功能，如剪接、多聚腺苷酸化和翻译等。在植物中，RNA结合蛋白（RBPs）通过动态调整RNA的结构，参与调控这些关键的后转录过程。本研究聚焦于番茄中一种富含甘氨酸的RNA结合蛋白SlRBP1，探讨其在靶标RNA结构重塑中的作用。通过结合二甲基硫酸（DMS）突变谱分析与高通量测序技术（DMS-MaPseq），我们获得了靶标RNA在活体环境下的精确二级结构信息。研究结果表明，SlRBP1的表达缺失会导致其靶标PsaD的RNA结构发生显著变化，特别是在靠近结合位点的区域。此外，SlRBP1还与DEAH盒解旋酶SlDHX34相互作用，进一步揭示了RBPs与RNA解旋酶在调控RNA结构动态中的协同作用。

RNA的二级结构不仅决定了其折叠方式，还影响了其与其他蛋白质的相互作用。在植物中，许多非编码RNA通过特定的结构特征调控基因组功能。例如，COOLAIR RNA的结构变化能够影响FLOWERING LOCUS C (FLC)基因的表达，而FLC基因是调控植物开花过程的重要因子。因此，RNA结构的精确调控对于植物的生长发育和环境适应具有重要意义。在本研究中，我们通过优化DMS处理条件，成功建立了适用于番茄的DMS-MaPseq方法，从而能够系统地分析RNA结构的变化。实验结果表明，2%的DMS处理时间控制在20分钟或3%的DMS处理时间控制在15分钟效果最佳，避免了因高浓度DMS或长时间处理导致的叶绿素变性现象，这可能会影响RNA结构的完整性。

通过DMS-MaPseq技术，我们不仅获得了高质量的RNA结构数据，还验证了SlRBP1对靶标RNA结构的调控作用。在SlRBP1表达缺失的番茄植株中，PsaD的RNA结构发生了明显改变，尤其是在结合位点附近的区域。这一现象表明，SlRBP1的结合可能对RNA的局部结构产生重要影响，从而影响其功能。例如，PsaD是光系统I反应中心的一个重要亚基，其结构变化可能会影响光合作用的效率。此外，SlRBP1与SlDHX34的相互作用也进一步支持了其在RNA结构重塑中的作用。SlDHX34作为一种DEAH盒解旋酶，能够通过ATP水解作用改变RNA的二级结构，这为SlRBP1与SlDHX34协同调控RNA结构提供了理论依据。

在实验方法上，我们采用了多种技术手段，包括RNA电泳迁移率变动分析（RNA-EMSA）、双分子荧光互补（BiFC）和共免疫沉淀（Co-IP）等，以验证SlRBP1与SlDHX34之间的相互作用。RNA-EMSA结果显示，SlRBP1能够特异性地结合富含尿嘧啶和胞嘧啶的RNA序列，而BiFC实验进一步证实了两者在活体环境中的相互作用。这些结果表明，SlRBP1不仅通过直接结合靶标RNA影响其结构，还可能通过与SlDHX34的相互作用间接调控RNA的动态变化。此外，Co-IP实验也支持了SlRBP1与SlDHX34之间的物理相互作用，进一步加强了这一结论。

RNA的二级结构在植物基因表达调控中具有广泛的应用价值。许多RNA结合蛋白能够通过改变RNA的结构，影响其翻译效率、稳定性以及与其他蛋白质的相互作用。例如，某些RBPs能够通过稳定或破坏特定的RNA结构，促进或抑制mRNA的翻译过程。在本研究中，我们发现SlRBP1的表达缺失会导致其靶标RNA结构的变化，特别是在靠近结合位点的区域，这可能影响其翻译效率。这一发现与之前的研究结果一致，即SlRBP1的表达缺失会降低某些关键mRNA的翻译效率，从而影响番茄植株的光合作用能力。因此，SlRBP1可能通过调控靶标RNA的结构，间接影响其功能。

RNA的二级结构不仅影响其自身稳定性，还可能通过调控其与其他蛋白质的相互作用，影响整个基因表达网络。例如，某些RBPs能够通过改变RNA的结构，影响其与翻译起始因子的结合，从而调控翻译起始的效率。在本研究中，我们发现SlRBP1与SlDHX34的相互作用可能在这一过程中发挥关键作用。SlDHX34作为一种RNA解旋酶，能够通过ATP水解作用改变RNA的结构，这可能为SlRBP1提供一种机制，使其能够动态调整靶标RNA的结构，从而影响其翻译效率。这种RBPs与RNA解旋酶的协同作用可能在植物的生长发育和环境适应中具有重要意义。

此外，RNA的二级结构在植物中还可能与其他生物过程相关联。例如，某些RNA结构的变化可能影响RNA的剪接效率，从而影响基因表达的多样性。在本研究中，我们发现SlRBP1的表达缺失会导致其靶标RNA结构的变化，这可能影响其剪接过程。同时，RNA的结构变化还可能影响其与RNA酶的相互作用，从而影响其降解速率。这些结果表明，RNA的二级结构在植物中不仅影响其自身的稳定性，还可能通过调控其与其他蛋白质的相互作用，影响整个基因表达调控网络。

本研究的结果为理解RBPs在植物中如何调控RNA的结构动态提供了新的视角。通过优化DMS处理条件，我们成功建立了适用于番茄的DMS-MaPseq方法，这为后续研究其他植物中的RNA结构调控机制奠定了基础。此外，我们发现SlRBP1与SlDHX34的相互作用可能在RNA结构重塑中发挥关键作用，这一发现为未来研究RBPs与RNA解旋酶在调控RNA结构中的协同机制提供了新的思路。RNA的结构动态不仅影响其自身功能，还可能通过调控其他生物过程，影响整个植物的生理和发育。

在植物中，RNA的结构动态调控可能涉及多种因素，包括RBPs、RNA解旋酶以及环境条件等。RBPs通过直接结合RNA，影响其折叠方式和稳定性，而RNA解旋酶则通过改变RNA的结构，促进或抑制其与其他蛋白质的相互作用。这些相互作用可能共同作用，调控RNA的翻译效率、稳定性以及与其他调控因子的结合。例如，某些RBPs可能通过改变RNA的结构，促进其与翻译起始因子的结合，从而提高翻译效率；而某些RNA解旋酶可能通过破坏特定的RNA结构，影响其与RNA酶的结合，从而改变其降解速率。这种复杂的调控网络可能在植物的生长发育和环境适应中发挥重要作用。

未来的研究可以进一步探索RBPs与RNA解旋酶在调控RNA结构动态中的具体机制。例如，可以研究不同RBPs和RNA解旋酶的相互作用模式，以及它们如何共同影响RNA的结构变化。此外，还可以利用高通量测序技术，系统地分析不同条件下的RNA结构变化，从而揭示其在植物中的调控作用。这些研究不仅有助于理解RNA结构动态调控的分子机制，还可能为农业生产提供新的策略，例如通过调控特定RBPs或RNA解旋酶的表达，提高作物的抗逆性和产量。

总之，本研究通过优化DMS处理条件和利用DMS-MaPseq技术，揭示了SlRBP1在调控靶标RNA结构中的作用。我们发现SlRBP1的表达缺失会导致其靶标RNA结构的变化，特别是在靠近结合位点的区域，同时SlRBP1与SlDHX34的相互作用可能在这一过程中发挥关键作用。这些结果不仅为理解RBPs在植物中如何调控RNA结构提供了新的证据，还可能为未来研究RNA结构动态调控机制提供重要的理论基础和技术支持。随着对RNA结构调控机制的深入研究，我们有望揭示更多关于RNA在植物生命活动中的重要作用，从而为植物生物学和农业科学的发展提供新的思路和方法。