PNAS | 小RNA介导的趋光蛋白沉默抑制莱茵衣藻的光保护诱导机制

小RNA（sRNAs）是一种重要的非编码RNA，作用于携带互补序列的mRNA，以控制基因表达，从而调节多细胞生物中的各种生理现象。这种机制广泛存在于多细胞真核生物中，但它在现存单细胞真核生物中的作用尚未得到很好的研究。

2023年4月25日，PNAS杂志在线发表了加州大学伯克利分校的一篇题为“Small RNA-mediated silencing of phototropin suppresses the induction of photoprotection in the green alga Chlamydomonas reinhardtii”的研究论文。该研究表明在单细胞绿藻莱茵衣藻中，光保护是由LHCSR3介导的，其表达是由蓝光受体趋光蛋白（PHOT）的光信号诱导的。sRNAs通过调节PHOT表达来调节光保护程度并参与调节光合系统对过量光的光保护机制，该机制由蓝光信号驱动。

衣藻是一种光合生物，光对于光合作用及其在缺乏碳源的情况下的生存至关重要，但超过其吸收能力的过量光强度可能导致氧化应激甚至细胞死亡。作为一种预防机制，植物和微藻具有光保护机制qE，它将多余的光能以热能的形式消散。在衣藻中，qE是由光保护蛋白 PSBS和LHCSR1以及LHCSR3介导的。LHCSR3的表达是由波长特异性的光信号通路通过蓝光受体趋光蛋白(PHOT)启动的。PHOT是一种受蓝光激活的激酶，可以调节陆地植物的各种反应，如向光性、气孔打开和叶绿体运动。在衣藻中，PHOT由蓝光触发，并在各种色素的产生中发挥作用，以及防止光胁迫。

本研究发现在蓝光或白光下，相对于亲本菌株，sRNAs缺陷突变体dus16-1中LHCSR3的表达增强，而在红光下则没有(图1 B和C)。此外，在AGO3功能缺陷突变体AGO3 -1中，检测到PHOT蛋白水平和LHCSR3积累在响应不同光信号时的相似差异(SI附录，图S1)。这些结果表明，一个或多个sRNA可以抑制其转录物的PHOT翻译，并间接增强LHCSR3表达的诱导。

图一：在sRNA缺陷突变体中，PHOT更丰富，LHCSR3表达增强。

在野生型细胞中，LHCSR3可以被弱蓝光有效诱导，但也可以被独立于PHOT的强红光诱导。为了检验观察到的突变体mir910-1、 crs49-1中LHCSR3的增加是否是由于PHOT蛋白水平增加的原因，本研究在同步培养的细胞中测试了从黑暗期结束时开始的白光、蓝光或红光对LHCSR3的诱导作用。结果表明，在低白光处理下，LHCSR3在双突变体中被强烈诱导表达，而在CC-124中没有(图3)。同样，LHCSR3在双突变体中被蓝光诱导的程度比CC-124更强(图3)。相比之下，在高白光和红光处理下，两种基因型的LHCSR3蛋白水平没有明显差异。此外，除了高白光外，PHOT蛋白水平随着光照开始的时间逐渐增加，并且在双突变体中这种增加略大(图3)。PHOT蛋白丰度以光响应方式增加，但PHOT mRNA水平在相同条件下大幅下降，这表明PHOT mRNA和PHOT蛋白水平可能呈负相关。

综上所述，本研究发现sRNAs crs49和miR910抑制了PHOT的表达，从而减弱了LHCSR3的表达诱导，降低了衣藻的光保护能力。本案例在衣藻中阐明了sRNAs通过级联调控靶基因控制特定生理功能的过程，证明了sRNAs在单细胞生物中的生理意义。并指明通过对光诱导生物现象的调控、基因表达的变化和sRNA丰度的综合分析，有望发现sRNA的新作用。

原文链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2302185120

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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