研究揭示RPD1蛋白介導線粒體內含子剪接的分子機制

線粒體基因的表達、生物生成和功能實現主要依賴于核基因編碼蛋白。這一過程主要通過轉錄后水平進行調控，包含了廣泛的內含子剪接事件。在高等植物中，絕大多數線粒體內含子屬于能夠自我剪接的II類內含子。然而，由于植物線粒體基因的異質性，其內含子失去了自我剪接的能力，因而必須依靠核編碼的蛋白質因子來輔助完成剪接過程。這些剪接因子參與內含子剪接的特異性高度可變，一些剪接因子（即特定剪接因子）參與一個或少數幾個內含子剪接；另一些剪接因子（即通用剪接因子）參與了數量眾多的內含子剪接事件。然而，這些剪接因子如何參與剪接反應的分子機制尚不清楚。

2024年2月14日，上海交通大學農業與生物學院王傳德課題組在核酸領域**期刊Nucleic Acids Research發表了題為“Temperature-sensitive splicing defects in Arabidopsis mitochondria caused by mutations in the ROOT PRIMORDIUM DEFECTIVE 1 gene”的研究論文，揭示了PORR蛋白家族的RPD1蛋白直接參與多個線粒體內含子的剪接。研究指出，RPD1基因的兩個溫度敏感性突變對其參與內含子剪接的功能產生了影響，從而證明了高溫條件下突變體的不定根發育異常主要是由于RPD1與線粒體內含子的結合能力降低，進而損害了線粒體的功能，而并非由于RPD1直接參與調控擬南芥不定根的形成。此外，RPD1蛋白與目標內含子的多個不同區域相結合，表明RPD1在內含子剪接過程中可能具有多樣性機制。

RPD1基因最初因其在調控植物根原基發育中的作用而被發現，其編碼蛋白對根系發育具有關鍵影響。因突變導致根發育異常，故命名為Root Primordium Defective 1。該基因的兩種溫度敏感突變體在常溫（22°C）下能形成不定根，而在高溫（28°C）下則不能。進一步研究發現，RPD1蛋白是一個包含15個成員的蛋白家族中的一員，該家族中有三個成員隨后被發現參與了線粒體或葉綠體內含子剪接，引發了RPD1可能參與細胞器RNA轉錄后調控的猜想，盡管其在根發育中的確切作用仍然不明。

為闡明RPD1的分子功能，首先確定了RPD1蛋白在細胞中的定位，發現其主要定位于線粒體，這與之前的核定位假設相悖。對rpd1部分回補突變體植株的深入分析發現，RPD1對于多個線粒體的內含子剪接至關重要，從而證實了其在線粒體剪接中的廣泛作用。這一作用與RPD1 的敲除突變體所展現的呼吸鏈缺陷及胚胎致死現象相一致。此外，在不同溫度（22°C和28°C）下對rpd1溫度敏感突變體的分析顯示，高溫（28°C）加劇了線粒體內含子剪接的缺陷，顯著降低了線粒體活性，進而抑制了包括根原基細胞在內的細胞分裂。根發育的抑制主要由線粒體功能障礙引起，而非RPD1基因直接參與根形態構建。通過RIP-seq分析確認了RPD1直接與線粒體內含子相結合，且其結合位點跨越不同內含子的多個區域，而這些結合序列間并無顯著同源性，這暗示了RPD1參與內含子剪接過程的復雜性與多樣性。

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