Nucleic Acids Research—王传德课题组揭示RPD1蛋白介导线粒体内含子剪接的分子机制

2024年2月14日，上海交通大学农业与生物学院、上海市现代种业协同创新中心（SCCAS）王传德课题组在核酸领域顶级期刊 Nucleic Acids Research 发表了题为 “Temperature-sensitive splicing defects in Arabidopsis mitochondria caused by mutations in the ROOT PRIMORDIUM DEFECTIVE 1 gene”的研究论文，揭示了PORR蛋白家族的RPD1蛋白直接参与多个线粒体内含子的剪接。研究指出，RPD1基因的两个温度敏感性突变对其参与内含子剪接的功能产生了影响，从而证明了高温条件下突变体的不定根发育异常主要是由于RPD1与线粒体内含子的结合能力降低，进而损害了线粒体的功能，而并非由于RPD1直接参与调控拟南芥不定根的形成。此外，RPD1蛋白与目标内含子的多个不同区域相结合，表明RPD1在内含子剪接过程中可能具有多样性机制。

RPD1基因最初因其在调控植物根原基发育中的作用而被发现，其编码蛋白对根系发育具有关键影响。因突变导致根发育异常，故命名为Root Primordium Defective 1。该基因的两种温度敏感突变体在常温（22°C）下能形成不定根，而在高温（28°C）下则不能。进一步研究发现，RPD1蛋白是一个包含15个成员的蛋白家族中的一员，该家族中有三个成员随后被发现参与了线粒体或叶绿体内含子剪接，引发了RPD1可能参与细胞器RNA转录后调控的猜想，尽管其在根发育中的确切作用仍然不明。

为阐明RPD1的分子功能，首先确定了RPD1蛋白在细胞中的定位，发现其主要定位于线粒体，这与之前的核定位假设相悖。对rpd1部分回补突变体植株的深入分析发现，RPD1对于多个线粒体的内含子剪接至关重要，从而证实了其在线粒体剪接中的广泛作用。这一作用与RPD1 的敲除突变体所展现的呼吸链缺陷及胚胎致死现象相一致。此外，在不同温度（22°C和28°C）下对rpd1温度敏感突变体的分析显示，高温（28°C）加剧了线粒体内含子剪接的缺陷，显著降低了线粒体活性，进而抑制了包括根原基细胞在内的细胞分裂。根发育的抑制主要由线粒体功能障碍引起，而非RPD1基因直接参与根形态构建。通过RIP-seq分析确认了RPD1直接与线粒体内含子相结合，且其结合位点跨越不同内含子的多个区域，而这些结合序列间并无显著同源性，这暗示了RPD1参与内含子剪接过程的复杂性与多样性。