中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所等發(fā)現(xiàn)MHZ9是水稻乙烯信號途徑的翻譯調(diào)控因子

　　蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者，其合成由編碼基因的mRNA含量與翻譯效率共同決定。翻譯調(diào)控可在不改變mRNA含量的情況下，快速可逆地調(diào)控蛋白合成，有助于生物在感知內(nèi)外源信號后，迅速做出應(yīng)變行為。

 

　　乙烯信號在植物生長發(fā)育與逆境脅迫中發(fā)揮重要作用。前期擬南芥研究發(fā)現(xiàn)，EIN2通過直接或間接靶向乙烯信號負(fù)調(diào)控組分EBF1/2 mRNA進(jìn)行翻譯抑制來激活乙烯信號。然而，這一過程是否有RNA結(jié)合蛋白的參與，以及乙烯信號在全基因組水平會有怎樣的翻譯調(diào)控模式，尚不清楚。

 

　　中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所張勁松研究組和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，通過分析水稻乙烯不敏感突變體mhz9，鑒定到一個包含甘氨酸-酪氨酸-苯丙氨酸（GYF）結(jié)構(gòu)域的蛋白MHZ9（MAO HUZI 9）；解析了MHZ9通過直接結(jié)合OsEBF1/2和其他他相關(guān)mRNA，啟動全基因組水平的翻譯調(diào)控從而激活乙烯反應(yīng)的分子機(jī)制。

 

　　MHZ9定位于胞質(zhì)RNA加工小體（P-body）。MHZ9蛋白C端富含谷氨酰胺的結(jié)構(gòu)介導(dǎo)了MHZ9與OsEIN2 CEND的互作及MHZ9的P-body定位。MHZ9蛋白N端含有RNA加工相關(guān)結(jié)構(gòu)域PRP4，直接結(jié)合OsEBFs mRNA及許多其他相關(guān)基因。植物體內(nèi)，MHZ9可能通過其C端與OsEIN2 CEND互作接受上游乙烯信號，激活MHZ9 N端的RNA結(jié)合活性，結(jié)合OsEBF1/2 mRNA的3'UTR，介導(dǎo)乙烯對OsEBF1/2 mRNA的翻譯抑制（如圖）。在mhz9中OsEBFs的翻譯不受抑制，OsEBFs蛋白過度累積，降低下游轉(zhuǎn)錄因子OsEIL1的穩(wěn)定性，引起根的乙烯不敏感反應(yīng)。

 

　　Ribo-seq分析顯示乙烯造成水稻大量基因翻譯效率的改變，涉及氨基酸代謝、tRNA合成、自噬和脂類代謝等過程。而這些乙烯誘導(dǎo)的翻譯響應(yīng)基因中有超過90%基因的翻譯效率改變依賴MHZ9。MHZ9直接結(jié)合并調(diào)控了包括OsEBFs在內(nèi)的部分基因。MHZ9除參與黃化苗乙烯反應(yīng)外，還影響株高、分蘗數(shù)和籽粒大小等農(nóng)藝性狀，暗示MHZ9可能通過其介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后/翻譯調(diào)控參與植物的不同發(fā)育過程。該研究鑒定了新的乙烯信號調(diào)控組分，揭示了水稻乙烯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的翻譯調(diào)控機(jī)制，為培育耐逆穩(wěn)產(chǎn)水稻等作物提供了新的基因資源和理論依據(jù)。

 

　　8月4日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications，DOI：10.1038/s41467-023-40429-0）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金等的支持。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)科研人員參與研究。