【Mol Plant】研究发现植物FLC表达调控的新机制

2023年4月11日， Molecular Plant在线发表了韩国全南大学Hunseung Kang团队题为“FLK Is an mRNA m6A Reader that Regulates Floral Transition by Modulating the Stability and Splicing of FLC in Arabidopsis”的研究论文。该研究证实FLK是一种新型m6A阅读器蛋白，它可直接与FLC转录本3'-非翻译区的m6A位点结合，通过影响FLC的内含子剪接和降低其稳定性来抑制FLC的表达水平；揭示了FLK调控FLC表达水平的分子机制。

https://doi.org/10.1016/j.molp.2023.04.005

RNA（包括 mRNA、rRNA、tRNA 和长链非编码RNA）的化学修饰在生物体中很常见， 迄今为止已发现了160 多种。其中N6-甲基腺苷（m6A）修饰具有动态和可逆的特点，其甲基部分可通过甲基转移酶（“写入器”）添加到 N6-腺苷，并通过去甲基化酶（“擦除器”）去除。在植物中已经鉴定到m6A修饰组件，主要有甲基转移酶A（MTA）、MTB、FKBP12互作蛋白37（FIP37）、VIRILIZER（VIR）、泛素E3连接酶 （HAKAI）及其互作锌指蛋白2（HIZ2）。同时，m6A修饰可被RNA 结合蛋白（RBP）识别和解码（“阅读器”）。

m6A修饰在植物花期转变的调控中起着关键作用；已有研究发现，FLOWERING LOCUS K（FLK）可通过抑制拟南芥中的关键性花抑制因子 FLOWERING LOCUS C（FLC）的表达水平来调节花期转变。然而，FLK是如何调控FLC表达的，其分子机制仍不清楚。

FLK是一个包含三个KH结构域的RBP；最近一项针对人类RBP的研究表明，包含四个KH结构域的胰岛素样生长因子IGF2BPs形成了一个独特的m6A阅读器家族，可识别基序 GGm6AC。基于氨基酸序列相似性，研究人员推测FLK可能是人类IGF2BP的拟南芥直系同源物。该研究首先证明，FLK KH结构域中的保守氨基酸对其在拟南芥花期转变过程中抑制FLC的表达至关重要（Figure 1）。

Figure 1. flk突变体表现为晚开花

通过电泳迁移率变动分析（EMSA）和RNA免疫沉淀（RNA-IP）分析，该研究证明FLK是mRNA的一种m6A阅读器。那么，FLK是否能与m6A修饰的FLC结合呢？该研究显示，FLK可直接与FLC mRNA结合并以m6A依赖性方式调节FLC的表达。

Figure 2. FLK可影响FLC的稳定性和内含子剪接

进一步研究发现，FLK与FLC转录本3'-非翻译区的m6A位点结合，可通过降低其稳定性来抑制FLC水平。此外，FLK的m6A结合活性也会影响FLC前体转录本的内含子剪接（Figure 2）。

Figure 3. FLK以m6A依赖性方式结合FLC

VIR-1是一个m6A编写器组件，vir-1突变体中的整体m6A水平显著降低。该研究发现，FLK与FLC转录本的结合在vir-1中被抑制，并且m6A阅读器功能被消除的突变体（FLKm）不能回复flk突变体的晚开花表型；进一步表明FLK以m6A依赖性方式结合并调节FLC的表达（Figure 3）。

Figure 4. FLK调控FLC表达水平的分子机制

综上，该研究证实FLK为mRNA的一种新型m6A阅读器蛋白，并揭示了FLK调控FLC表达水平的分子机制：在没有FLK的情况下，剪接因子（SF）与FLC前体mRNA结合并介导FLC的内含子剪接，从而增加FLC的表达水平并抑制开花（Figure 4A）；FLK与携带m6A修饰的FLC前体mRNA结合并阻断其与SF的结合，导致FLC的剪接缺陷，从而降低FLC水平并诱导植物开花（Figure 4B）。

来源：MP植物科学

转自：“iPlants”微信公众号

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