以下文章来源于植物生理PlantPhysiol ，作者PP
3′ 非编码区(3' UTRs)是真核生物mRNA的主要组分之一，可调节mRNA的稳定性及翻译过程[1]。高盐胁迫是限制植物生长的主要环境胁迫之一，但对3′ UTRs如何调节植物响应环境胁迫的了解很少[2]。
近日，福建农林大学海峡联合研究院马留银课题组联合苏州大学巴斯德学院吴小惠课题组在Plant Physiology在线发表题为“Alternative 3′ UTRs regulate high salt tolerance of Spartina alterniflora”的研究论文。该研究揭示了可变3′ UTR在转录后激活了滨海盐生植物互花米草高盐胁迫应答的分子机制，为3′ UTR调节植物响应环境胁迫提供了参考。
互花米草是海岸盐沼带禾本科盐生植物，可在高达1000 mM NaCl处理下完成种子萌发[3]。因此，互花米草是研究植物高盐胁迫应答的理想植物。mRNA 多聚腺苷酸化(polyadenylation) 位点决定了真核生物mRNA的3′ 末端位置，即3′ UTRs的长度。但mRNA多聚腺苷酸化位点可随遗传及环境因素而改变，最终形成了同一基因编码不同长度3′ UTRs的可变3′ UTR (Alternative 3′ UTR) 现象[1,4]。然而，可变3′ UTR与盐胁迫响应之间的关系仍未知。
该研究整合不同盐浓度梯度处理下互花米草幼苗的3′ 末端二代转录组及PacBio三代全长转录组测序结果，发现高盐胁迫诱导互花米草全基因组mRNA 多聚腺苷酸化位点从近端向远端移动，进而引起mRNA 3′ UTR 平均加长约60 bp的可变3′ UTR现象。通过对可变3′ UTR区域及共有3′ UTR区域的调控基序比较分析，研究人员发现了一个可变3′ UTR特有的AU-rich 调控元件。功能富集分析结果揭示发生可变3′ UTR的基因主要编码包括钾离子转运蛋白SaHKT1在内的离子转运蛋白。因此，研究人员对带有不同长度的3′ UTR 的SaHKT1开展了功能与调控机理分析（图2）。该研究发现，可变3′ UTR可增加SaHKT1 mRNA的稳定性，进而提高SaHKT1蛋白合成，且这一过程依赖于可变3′ UTR内的转录后调控元件：AU-rich基序。功能分析发现SaHKT1的可变3′ UTR可促进抗盐标记基因的表达，并也依赖于AU-rich基序。
图2. 可变3′ UTR介由AU-rich基序调控基因表达
该研究进一步解析了高盐引起可变3′ UTR的内在可能机制：在高盐胁迫下，mRNA 多聚腺苷酸化核心调控因子CPSF30的表达降低，引起多聚腺苷酸化复合体切割和加尾效率降低，导致mRNA多聚腺苷酸化位点从近端的位点改变至偏好使用远端的位点，引起HKT1等基因的mRNA 3′ UTR加长，形成了包含转录后调控AU-rich基序的可变 3′ UTR，进而促进HKT1 RNA的稳定性和蛋白的合成，引起其他抗盐标记基因如SOS1, NHX1, COR15A 和RD22的表达，最终增强植物的抗高盐胁迫能力。最后，该研究提出了一个HKT1可变 3′ UTR的转录后调控模型（图3）。
图3. HKT1 可变3′ UTR的转录后调控模型
综上所述，该研究揭示了盐生植物中可能存在一套感受外界盐度变化信号并增强高盐耐受能力的转录后重编程体系，使得植物在不改变编码区序列的情况下，通过精密调控3′ UTR长度以适应不断变化的环境变化。因此，3′ UTR可作为环境胁迫的调节器，调节植物响应环境胁迫。
福建农林大学已毕业博士生王涛涛、厦门大学已毕业博士生叶文斌及福建农林大学在读硕士生张家祥为论文第一作者；福建农林大学马留银副教授，苏州大学吴小惠教授为论文通讯作者；厦门大学吉国力教授给予本项目大力支持。本项目得到国家自然科学基金、福建省自然科学基金及福建农林大学林学学科十四五揭榜挂帅等项目的资助。
参考文献：
Lin J, Li QQ (2022) Coupling epigenetics and RNA polyadenylation: missing links. Trends Plant Sci S1360-1385: 00244-00248.
Srivastava AK, Lu Y, Zinta G, Lang Z, Zhu JK (2018) UTR-Dependent Control of Gene Expression in Plants. Trends Plant Sci 23: 248-259.
Ye W, Wang T, Wei W, Lou S, Lan F, Zhu S, Li Q, Ji G, Lin C, Wu X, Ma L (2020) The full-length transcriptome of Spartina alterniflora reveals the complexity of high salt tolerance in monocotyledonous halophyte. Plant Cell Physiol 61: 882-896.
Mayr C (2017) Regulation by 3'-Untranslated Regions. Annu Rev Genet 51: 171-194
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiad030
转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号
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