UAP1介导的剪接机制调控双子叶植物抗寒性的分子机制

《Horticulture Research》：The splicing factor UAP1 modulates cold-regulated growth and stress responses in tomato, soybean and Arabidopsis

　　

摘要

寒冷胁迫是限制园艺作物生产力和地理分布的主要环境因素。在本研究中，我们探讨了剪接体U4/U6.U5三snRNP相关蛋白1（UAP1）在调节三种双子叶植物（番茄Solanum lycopersicum、大豆Glycine max和拟南芥Arabidopsis thaliana）对低温响应中的作用。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术，我们在番茄和大豆这两种双子叶植物中生成了UAP1基因敲除株。sluap1和gmuap1突变体表现出显著的抗寒性增强，表现为膜损伤减少、活性氧积累降低以及寒冷胁迫后的存活率提高。为了阐明其分子机制，我们进一步研究了拟南芥中的uap1突变体，发现该突变体在寒冷条件下下胚轴伸长方面存在异常。转录组分析显示，AtUAP1的缺失会导致寒冷胁迫下广泛的差异性可变剪接现象。值得注意的是，我们在生物钟基因AtPRR3中发现了关键的内含子保留事件，导致产生截短的、无功能的蛋白质。遗传学证据证实，atprr3突变体表现出与atuap1相似的低温生长表型，而异源表达SlUAP1或GmUAP1能够有效挽救atuap1突变体的表型，说明UAP1在分子水平上具有高度的功能保守性。我们的研究结果表明，UAP1介导的剪接机制参与了双子叶植物的低温生长和胁迫响应，为低温条件下的转录后调控提供了新的见解。