2020-03-03 寻找rRNA的足迹（11）—— REIL2与冷胁迫

• 文献title STCH4/REIL2 Confers Cold Stress Tolerance in Arabidopsis by Promoting rRNA Processing and CBF Protein Translation.
• 文献链接 https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2211-1247(19)31651-1

研究背景与问题

• 背景
  拟南芥冷应激反应的分子机制部分阐述

  • CBF（C-repeat-binding factor）是一个冷反应转录因子，包括CBF1，CBF2和CBF3（也称为DREB1b，DREB1c和DREB1a），在植物冷驯化中起关键作用。
    CBF蛋白识别并结合在许多冷响应基因（COR）启动子区的CRT / DRE（C-repeat/dehydration responsive element）motif上，进而促进这些下游基因的转录。
    三个CBF基因在冷胁迫下会被迅速上调并持续短暂时间。一组转录因子在寒冷胁迫下控制CBF基因的转录上调，包括ICE1，MYB15，ZAT12和CAMTA。
  • OST1是一个蛋白激酶，它磷酸化ICE1，使其稳定，这对于CBF基因和下游基因的表达很重要。
    OST1还使新生的多肽相关复合物（NAC），BTF3和BTF3L的β-亚基磷酸化，进而增强了BTF3与CBF之间的相互作用，增强了CBF蛋白在冷胁迫下的稳定性。

  rRNA调控因素阐述

  • 文中提到的STCH4被鉴定为 REIL2 基因。
  • 拟南芥中的REIL1和REIL2基因是冷驯化过程中60S核糖体积累所必需的，对寒冷植物的生长至关重要，研究少。
  • 酵母中的Reh1和 Rei1 分别是REIL1和 REIL2 的同源基因。
  • Rei1是酵母细胞质中的锌指蛋白，是一种核糖体生物发生因子，缺少Rei1的酵母对冷胁迫敏感。
  • Rei1可以触发在细胞质成熟过程中从60S核糖体亚基释放Arx1。Arx1和AIb1在60S核糖体亚基的肽出口通道形成复合物，因此Alb1-Arx1的释放对60S亚基的成熟至关重要。在Rei1酵母突变细胞中，Arx1持续与60S亚基结合，无法循环到细胞核中。
  • Reh1（与REI1同源）与Rei1冗余。在没有Rei1的情况下，Reh1与60S核糖体相互作用并使其稳定。

• 问题与结论

  • 筛选鉴定了一种冷超敏突变体stch4（对chilling 4 敏感）。 该因子在冷胁迫下上调，过表达表现抗寒、抗冻。 stch4突变降低CBF蛋白水平，从而延迟CBF调节子的效应。stch4突变体中，核糖体RNA加工减少，在冷胁迫下表现更为明显。
  • STCH4与多种核糖体蛋白缔合，并且这些相互作用受到冷胁迫的调节。
  • 此研究表明，STCH4调节rRNA加工并影响拟南芥中的CBF蛋白积累。 STCH4可调节冷胁迫条件下的核糖体形成，并通过调节早期冷应答转录因子（例如CBF蛋白）的翻译来触发冷胁迫耐受性。

研究过程与实验思路

• stch4突变体的筛选鉴定
  T-DNA突变体中筛选到对冷胁迫超敏感的突变体stch4 → 基因注释为REIL2，酵母锌指蛋白Rei1的同源基因 → 突变体表型：常温（22℃）正常，低温（4℃）超敏 → 回补实验，表型恢复 → 不具有其他非生物敏感特性 → cbf三突中检测STCH4的mRNA结果表明不在cbf下游 → STCH4启动子亚细胞定位显示在核与质中都发挥作用。
• STCH4超表达增强了植株抗冷胁迫能力
• STCH4可以影响冷胁迫基因的表达
• stch4突变体中CBF蛋白水平降低
• stch4突变体在低温条件下有rRNA加工缺陷

表达积累

词汇

• paralog 横向同源物
• acclimation 适应