【读文献】杨树PdGRP1结合 PdCPD1的3‘UTR,通过微调BR的合成影响木材发育

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背景知识点

  • PdCPD1:Populus CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC DWARF 1 , BR合成的基因

  • BR合成缺乏的突变体表型:严重的矮化

  • 过表达BR的合成基因PtoDWF4 or PtrCYP85A3表型:次生木质部增多

  • RBPs:RNA-binding proteins ,识别3’UTR的顺式作用元件与RNA互作,广泛参与到RNA的剪切、转运、序列编辑、胞内定位及翻译控制等多个转录后调控过程中

  • GRP1:Glycine-Rich RNA-Binding Proteins 1,属于RBPs的一种,报道与BR合成过程中mRNA的稳定性有关

  • cordycepin:虫草素,一种抑制RNA的转录的实验体系

实验结论

PdCPD1 is a functional BRs synthesis gene that affects xylem differentiation with a dosage effect in poplar

    通过系统发育分析,锁定杨树中的PdCPD1基因,亚细胞定位显示定位在内质网,原位杂交多在发育中的木质部和韧皮部。BR处理之后抑制PdCPD1 的表达。

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    创建转基因材料:常规的CDS-OE和CDS-Ri,还有一个3'UTR-Ri

检测PdCPD1的CDS 表型(长势,V/F,xylem) BR level
CDS-OE up10倍 down 很高
CDS-Ri down down 降低
3'UTR-Ri up3-4倍 up 微量增高
3'UTR-OE up down 非常高

    通过QRT-PCR检测PdCPD1 的转录本发现,3'UTR-Ri中在UTR的转录水平下调的情况下PdCPD1的CDS是上调表达的

【即对3UTR区域进行抑制后,延缓了mRNA的降解,使得CDS的mRNA得到上调】【插一句,在对应的Ri中,对应的是下调的,即CDS-Ri中CDS下调,UTP-Ri中UTR下调,符合RNAi的原理】。

    转基因材料的表型分析见上表,不同于常规认知的是,CDS-OE和CDS-Ri展示了一致的表型

    为了进一步对表型进行解释,也为了进一步说明该表型是由PdCPD1 介导的BR合成的变化所引起的,作者测定了转基因材料中内源BR的水平,发现BR的含量在CDS-OE中显著增多,CDS-Ri中降低,3'UTR-Ri中微量增多。这与之前的外源施加BR对杨树幼苗的生长表型吻合,即:过高的BR和过低的BR均会抑制生长和木材形成,只有适量的BR才会起到促进作用本文的基石】。这也可以在一定程度上解释了三种转基因材料展示的表型。

小结PdCPD1 以一种剂量依赖的方式精确地调控BR的合成进而调控木材的形成。

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PdCPD1 modulates endogenous BRs level dependant of its 3’ UTR in the poplar stem

    那么PdCPD1 基因是如何实现上述的精确调控的呢?

    基于之前的CPD基因的报道,作者围绕CPD1的3'UTR本身是否影响转录和木材形成展开探究:

    创建了过表达3UTR的转基因材料:UTR-OE,并对其进行表型分析,发现在UTR-OE植株中,CDS的转录本水平和BR水平非常高,长势缓慢,木质部降低。

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    这进一步暗示,可能是PdCPD1 基因能够通过自身的3'UTR来调控自身转录,进而影响发育表型。

    讲到这里,既然讲到PdCPD1 基因的3'UTR,就要找一个调控3'UTR稳定性的上游,找谁能够结合在PdCPD1 的3'UTR上。

    有报道,RBPs通过结合3'UTR来调控mRNA的降解。其中GRP类通过结合AU-rich (ARE) and GU-rich (GRE) elements 调控靶标基因mRNA的稳定性。

    于是对PdCPD1 的3'UTR进行分析,发现有GU-rich (GRE) elements 。进一步通过RNA-EMSA结合实验,验证PdGRP1能够结合在PdCPD1 的3'UTR;并且通过luciferase实验,验证PdGRP1结合并抑制PdCPD1 的3'UTR的活性。

即PdGRP1结合PdCPD1 的3'UTR,促进降解PdCPD1的mRNA,使得BR的合成减少?。施加BL进一步增强了降解的促进作用】,这与之前报道的OsGRP1在翻译后水平受到BR的上调是一致的。

    PdGRP1PdCPD1 基因完全相反的转录表达模式似乎也在暗示PdGRP1对PdCPD1 的降解。

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    进一步通过cordycepin处理来检测内源PdCPD1 的降解水平实验,发现PdCDP1OE-GFP 植株中,内源的PdCPD1 降解的更慢。表明3'UTR对PdCPD1 的mRNA的降解是非常重要的**。

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SUMMARY

    总之,在杨树中发现BR的合成基因 PdCPD1,能够通过自身的3'UTR,来精确调控BR的合成进而影响木材的形成,这一精确调控是通过RNA结合蛋白PdGRP1结合到PdCPD1 的3'UTR上,影响PdCPD1 的mRNA的稳定性来实现的

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【即PdGRP1负调控BR的合成,PdGRP1负调控PdCPD1 ,GRP1结合在CPD1上之后,降解CPD1的mRNA,减少BR的合成。在3UTR-Ri中,过量表达的3UTR竞争性的结合GRP,使得内源的mRNA的降解减缓得以积累,提高了一点点BR的合成,促进木材形成】

  • 机制很新,在林木中做的很少

  • 表型能够对得上,并且能够合理地进行解释

  • 参考已被报道的文献

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