發(fā)現(xiàn)促進(jìn)植物低溫耐受的新機(jī)制（2020.1.13 中國科學(xué)院）

2020年1月7日，Cell Reports 雜志在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心上海植物逆境生物學(xué)研究中心朱健康研究組題為STCH4/REIL2 Confers Cold Stress Tolerance in Arabidopsis by Promoting rRNA Processing and CBF Protein Translation 的研究論文。該論文在模式植物擬南芥中發(fā)現(xiàn)核糖體加工蛋白STCH4/REIL2通過在低溫下維持rRNA加工，增強(qiáng)低溫下CBFs 蛋白翻譯，進(jìn)而促進(jìn)植物低溫耐受的分子機(jī)制。

以CBFs（C-repeat binding factors）/DREB1s （dehydration-responsive element-binding protein 1s）為核心的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是植物響應(yīng)低溫的重要調(diào)控通路，在過去的二十年，CBF信號通路已被深入發(fā)掘與拓展，但對植物感受低溫的分子機(jī)理以及CBFs的蛋白水平的調(diào)控，所知還非常有限。

在植物耐受非生物脅迫的研究中，關(guān)于低溫調(diào)控的研究，因受困于研究周期長、定位基因困難等不利因素的影響，進(jìn)展緩慢。該研究利用擬南芥T-DNA插入突變體庫CS27941，CS27942，CS27943 （http：//abrc.osu.edu/），對近5000個(gè)獨(dú)立突變體株系進(jìn)行低溫耐受性篩選，得到突變體stch4（sensitiv to chilling）。該突變體在常溫條件下無生長發(fā)育缺陷，卻呈現(xiàn)低溫敏感表型，說明該基因在低溫調(diào)控中起到重要作用。

在對CBFs的研究中，過量表達(dá)CBFs基因會加強(qiáng)植物對冷凍低溫的抗性。但是在突變體stch4中，其CBFs的轉(zhuǎn)錄本水平高于Col-0野生型，但是其低溫耐受性卻顯著低于Col-0野生型。并且CBFs下游基因的轉(zhuǎn)錄本水平在stch4突變體中也明顯低于Col-0野生型。因此作者推測，在突變體stch4中，CBFs蛋白可能無法有效地進(jìn)行翻譯，從而出現(xiàn)低溫敏感表型。為此作者通過對內(nèi)源CBFs蛋白水平進(jìn)行檢測，并驗(yàn)證了CBFs在突變體stch4里蛋白水平下降的假設(shè)。

所有的蛋白都是通過核糖體完成翻譯，然而核糖體是一個(gè)復(fù)雜的復(fù)合體，由40S小亞基和60S大亞基構(gòu)成。盡管核糖體在進(jìn)化過程中非常保守，但是不同的物種間核糖體還是呈現(xiàn)差異與變化。雖然研究人員對核糖體如何結(jié)合mRNA 并且將其翻譯成為蛋白質(zhì)有較多的了解，但是對于植物中核糖體的組裝，尤其是核糖體的組裝如何響應(yīng)逆境脅迫，還理解的非常有限。

核糖體的組裝是一個(gè)非常復(fù)雜并受到精細(xì)調(diào)控的過程。這一過程通?？梢苑譃閮刹糠郑簉RNA的剪接以及rRNA和相應(yīng)的核糖體蛋白正確的結(jié)合。通過Northern-blot 可以檢測到，在突變體不經(jīng)過低溫處理的情況下，各個(gè)rRNA剪接的中間體，如27SA，27SB，18S-A3，Pre-5.8S的含量均低于野生型。當(dāng)?shù)蜏靥幚砗?，野生型中這些中間體的含量僅小幅降低，而在突變體中卻顯著下降。因此，STCH4是低溫下維持正常rRNA加工所必需的。

該研究得到中科院和韓國國家研究基金會的相關(guān)經(jīng)費(fèi)支持。中科院上海植物逆境生物學(xué)研究中心朱健康組博士哈斯和博士研究生孔祥鋒為共同第一作者，研究員朱健康和副教授施華中（Texas Tech University）為共同通訊作者。