文章导读
植物线粒体中，那些"失声"的退化内含子如何被精准唤醒？上海交大王传德团队重磅破解谜题：PORR蛋白家族竟能"读懂"RNA高级结构密码，化身分子指挥官精准调控剪接！研究首次揭示这些植物特有蛋白如何锁定内含子5'端或结构域I关键位点，稳定RNA构象完成"基因修复"。这一突破不仅填补了细胞器剪接机制空白，更打开了理解植物能量代谢的新大门——原来线粒体功能的开关，藏在纳米级的RNA识别中。顶级期刊《Nucleic Acids Research》力证，作物育种与抗逆研究或将迎来全新突破口！
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近日，上海交通大学农业与生物学院王传德课题组近期在植物线粒体II型内含子剪接的分子机制研究中取得进展，系统阐明了PORR蛋白家族通过识别RNA高级结构调控内含子剪接的过程，相关成果发表于核酸领域顶级期刊Nucleic Acids Research。
线粒体作为真核生物细胞内不可或缺的细胞器，在维持生命活动中扮演着核心角色。尽管线粒体拥有自身的遗传物质，即线粒体基因组，但其基因的表达和最终功能的实现却高度依赖于核基因编码的蛋白质。在植物中，线粒体基因表达的调控主要发生在转录后水平，其中一个显著的特征是存在大量中断蛋白质编码基因的内含子。这些内含子的精确剪接是生成大多数线粒体编码蛋白质、确保线粒体功能正常发挥的关键。与细菌中通常能够进行自我剪接的II类内含子不同，植物线粒体中的II类内含子在漫长的进化过程中经历了结构上的高度退化，已普遍丧失了自我剪接的能力。因此，它们的剪接过程必须高度依赖于宿主细胞核编码的蛋白质辅助因子。这些剪接因子来源多样，包括五肽重复序列（PPR）蛋白、叶绿体RNA剪接和核糖体成熟（CRM）蛋白、线粒体转录终止因子（mTERF）以及近期被识别的植物细胞器RNA识别（PORR）蛋白家族等。
PORR结构域是一个新近被识别的RNA结合基序，它定义了一个小型的植物特异性蛋白家族。尽管已有少数PORR蛋白被证实参与了细胞器内含子的剪接，但该家族在植物线粒体中更广泛的功能及其具体的分子机制，特别是它们如何识别并作用于内含子RNA，仍存在显著的研究空白。
进一步研究发现，PORR蛋白以及先前研究的RPD1（一种已知PORR蛋白）均存在于大小不一的RNA结合复合物中，且其复合物大小与剪接特异性（单一或多个内含子）相关。RNA免疫沉淀结合分析证实，本研究分析的五种PORR蛋白均能与它们所促进剪接的大多数内含子RNA发生显著且特异性的体内直接结合。为精确绘制PORR蛋白在靶内含子上的结合位点，研究团队通过RNase I处理后的RIP分析，将结合位点映射到预测的内含子二级结构上，结果表明这些PORR蛋白或结合于反式剪接内含子5’端片段的3’末端，或结合于内含子结构域I（DI）内部，表明其可能在反式剪接内含子重连或DI结构稳定中发挥作用。这一发现揭示了PORR蛋白独特的RNA识别机制，极大地深化了我们对植物细胞器内含子剪接因子作用方式的理解。
论文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkaf781
作者： 农业与生物学院 供稿单位： 农业与生物学院
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