我院王秀玲团队揭示RNA剪接调控植物发育新机制

前体RNA的剪接是真核生物重要的转录后调控过程，是调节基因表达和产生蛋白质多样性的重要机制。剪接复合体是一个庞大的核糖核蛋白复合体，主要是由U1、U2、U4、U5、U6五个核心snRNP以及大量的非SnRNP蛋白组成。对剪接位点的精确识别、剪接复合体的组装和激活是前体RNA加工的关键。RES复合体最初在酵母中被报道，是一个由Bud13、Snu17和Pml1组成的非snRNP异源三聚体，随后在人、线虫和斑马鱼也相继被发现。RES复合体能直接与前体RNA结合而调控某些特定基因的剪接，此外该复合体也在剪接体的组装和激活过程中起作用。近年来，随着结构生物学的发展，酵母和人RES复合体的三维结构已被解析，人们对其认识也越来越深入。但是对于植物是否也存在RES复合体及其可能参与的生物学过程都知之甚少。

近日，山东农业大学生命科学学院王秀玲教授团队在Plant Physiology 在线发表了题为“Arabidopsis RES complex plays a pivotal role in root and embryo development by mediating pre-mRNA splicing”的研究论文。该研究鉴定到由AtBUD13、GDS1和DAWDLE组成的一个在前体RNA剪接中起作用的复合体（RES 复合体），并揭示了RES复合体通过影响前体RNA剪接调控拟南芥根与胚发育的分子机制。

该课题组在前期的研究中发现AtBUD13编码酵母Bud13的同源蛋白, 在拟南芥早期胚发育过程中发挥着重要功能（Xiong et al., 2019）。在最新的这项研究中，该团队人员鉴定到了酵母Snu17和Pml1的同源蛋白GDS1和DAWDLE。酵母双杂交、双分子荧光互补、Pull-down和蛋白质免疫共沉淀等实验结果显示AtBUD13与GDS1存在互作关系, 且发现它们之间的互作分别依赖于AtBUD13的BUD13结构域和GDS1的RRM结构域；并且BUD13结构域的一个关键色氨酸（W526）对于二者的互作至关重要。同时GDS1与DAWDLE直接结合，而AtBUD13与DAWDLE之间不存在蛋白互作。另外，研究人员还发现GDS1和DAWDLE分别与剪接因子AtU2AF65B和SKIP存在互作关系。AtU2AF65B为U2剪接辅助因子，在3′剪接位点识别和招募U2 snRNP中至关重要；SKIP为NTC复合体核心成员，在剪接位点识别以及剪接体的装配中起作用。以上结果说明拟南芥RES复合体由AtBUD13、GDS1和DAWDLE组成，参与剪接位点识别以及剪接体的组装和激活。

进化分析显示RES复合体在真核生物中高度保守，且广泛存在于植物中。基因时空表达模式分析发现AtBUD13、GDS1和DAWDLE表达模式相近，且均在拟南芥的胚和根中高量表达。随后的突变体分析显示这三个基因的突变均会导致拟南芥早期胚胎发育异常、胚发育迟缓以及根发育异常。基于前期AtBUD13的RNA-Seq数据分析，研究人员检测到AtBUD13、GDS1和DAWDLE突变导致多个基因转录产物的剪接模式发生了类似的变化，包括一系列的CYCLIN基因和AGO1、AGO10、ATML1等基因。CYCLIN是细胞周期调控因子，对细胞分裂增殖和周期调控至关重要。AGO1、AGO10和ATML1在根和胚早期发育过程中起关键作用。进一步证实RES复合体通过对细胞增殖、根和胚的形态建成中众多基因的pre-mRNA剪接调节拟南芥胚和根的发育。

综上所述，该研究首次在植物中揭示了RES复合体的存在，并解析了植物RES复合体的生物学功能和分子机制。拟南芥RES复合体通过影响大量基因的剪接从而调控胚和根发育，为人们更清楚的认识植物通过对转录产物的剪接调节植物发育提供了新的线索。

山东农业大学生命科学学院已毕业博士生熊峰为本论文的第一作者，王秀玲教授为通讯作者。生命科学学院已毕业硕士生任静静和王语奕、在读博士生周洲和在读硕士生齐浩东以及美国University of Wisconsin-Madison的Marisa S. Otegui教授也参与了此项工作。本研究得到了国家自然科学基金的项目资助。