PNAS ：干旱胁迫对内含子剪接效率的调控机制

来源：BioArt植物

植物适应不断变化的环境条件对农业生产至关重要。植物对逆境的适应性包括在基因和翻译后蛋白修饰方面的多层面调控，其中前体信使 RNA（pre-mRNA）的选择性剪接是响应光、冷、盐等非生物胁迫的基因调控中的重要一环【1】。但是目前对应激信号调控选择性剪接的信息知之甚少。有研究表明，PP2Cs（protein phosphatase 2Cs）通过与 PYR/PYL/RCAR ABA受体和SnRK2激酶活性的相互作用在ABA和应激信号中发挥重要作用。HAI1（Highly ABA-Induced 1）、HAI2 / AKP-相互作用蛋白1，和HAI3（3种Clade A PP2Cs）可以被干旱诱导并激发脯氨酸积累和渗透调节等【2】。其中HAI1 主要定位在细胞核，磷酸化蛋白质组学分析还表明SR（Serine-Arginine rich）剪接因子、RNA结合蛋白和帽结合蛋白质等核定位蛋白受到HAI1的调控。但是目前关于逆境条件下HAI1与剪接调控的关系尚不清楚。

近日，PNAS在线发表了一篇题为Highly ABA-Induced 1 (HAI1)-Interacting protein HIN1 and drought acclimation-enhanced splicing efficiency at intron retention sites的研究论文，揭示了HAI1对内含子剪接效率的影响以及选择性剪接对植物逆境响应的调控机制。

HAI1蛋白磷酸酶是干旱相关信号的重要组成部分，该研究对HAI1相互作用蛋白进行了筛选并确定了一种功能未知的核蛋白HIN1（HAI1-Interactor 1），并通过免疫共沉淀表明，HIN1可以在体外被HAI1磷酸化。HIN1可以与SR剪接因子共定位和相互作用，并且在低水势（缺水）条件下HIN1定位于nuclear speckle（一种高度动态变化的亚细胞核结构，并且富含大量剪接因子），这表明HIN1具有前体信使RNA剪接相关的功能。

该研究进一步鉴定了500多个水分亏缺引起IR（intron retention）频率改变的内含子，发现其中90% 在胁迫条件下剪接效率显著提高（低IR）。此外，在非胁迫植物中的异位HIN1表达（35S:HIN1）也发现内含子剪接效率的显著提高（约三分之一），并且35S:HIN1植物在低水势条件下维持了生物量，而 hin1突变体的生长则受到显著抑制，这进一步表明HIN1在干旱响应中的功能。此外，该研究还通过系统发育分析表明HIN1是一种植物特异性的MYB/SANT结构域蛋白，与其他MYB/SANT蛋白的同源性很低，并且和酵母或多细胞动物RNA结合蛋白或剪接调节因子无关。

Possible mechanisms of HAI1-HIN1 function in splicing regulation.

总的来讲，该研究表明HIN1是一种植物特异性的RNA结合蛋白，并且应对干旱胁迫具有促进IR内含子剪接效率的特殊作用，HAI1–HIN1的相互作用和去磷酸化将应激信号与剪接调控联系起来。该研究还表明了HAI1和前体信使 RNA在干旱驯化中的重要性。

参考文献

【1】S. Filichkin, H. D. Priest, M. Megraw, T. C. Mockler, Alternative splicing in plants: Directing traffic at the crossroads of adaptation and environmental stress. Curr. Opin. Plant Biol. 24, 125–135 (2015)

【2】M. M. Wong et al., Phosphoproteomics of Arabidopsis Highly ABA-Induced1 identifies AT-Hook-Like10 phosphorylation required for stress growth regulation. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 116, 2354–2363 (2019).

【3】Z. Yang et al., Stable isotope metabolic labeling-based quantitative phosphoproteomic analysis of Arabidopsis mutants reveals ethylene-regulated time-dependent phosphoproteins and putative substrates of constitutive triple response 1 kinase. Mol. Cell. Proteomics 12, 3559–3582 (2013) 

原文链接：

https://www.pnas.org/content/early/2019/10/11/1906244116