近日，The Plant Cell在线发表了山东老员工命科学学院谭保才课题组题为“Maize Shrek1 encodes a WD40 protein that regulates pre-rRNA processing in ribosome biogenesis”的研究论文。该研究揭示了玉米WD40蛋白SHREK1参与核糖体pre-rRNA加工并影响籽粒发育的分子机制。

在所有生命有机体中，核糖体是将mRNA转译为蛋白质的分子机器。核酸信息到蛋白信息的传递是细胞赖以生存的基础。核糖体生物合成是一个极其复杂的生物学过程，包括rRNA前体的转录、修饰、折叠、加工并伴随着核糖体蛋白整合rRNA组装成核糖体大小亚基的过程。目前，核糖体生物合成过程在酵母中的研究最为详尽。但是，在植物中尤其是作物中关于核糖体生物合成的研究较少。

该课题组以玉米籽粒发育缺陷突变体为研究材料，从UniformMu突变体库分离并鉴定了一个籽粒皱缩并且胚缺陷（shrunken and embryo defective kernel）的突变体命名为shrek1。相较于野生型籽粒，shrek1突变体籽粒百粒重和营养物质储存显著下降，并且胚胎致死。通过Mu-seq并结合转基因回补实验确定了目的基因。生物信息学分析发现，Shrek1编码一个WD40家族的蛋白并且该蛋白与酵母核糖体生物合成因子Periodic tryptophan protein 1（PWP1）有一定的相似性。进一步研究表明SHREK1定位在细胞核的核仁组织区并且SHREK1蛋白在发育的籽粒中高度累积。核糖体和rRNA分型表明，shrek1突变体中60S/40S以及25S/18S rRNA比值显著低于野生型。RNA凝胶印迹和cRT-PCR实验表明shrek1突变体中35S、33S、27SA2和18S-A2/3 pre-rRNAs大量累积，同时27SA3 pre-rRNA水平降低。这些结果表明SHREK1是pre-rRNA前体有效加工所必需的，并且主要影响pre-60S的成熟。

真核生物存在两种pre-rRNA加工途径，包括5'ETS-first和 ITS1-first加工途径。植物优先采用ITS1-first加工途径。SHREK1的功能缺陷会打破这两个加工途径的动态平衡。shrek1突变体中大量累积了5'ETS-first途径的27SA2 pre-rRNA和ITS1-first途径的35S pre-rRNA，这两个前体的下一步加工依赖于A3位点的断裂。Y2H、LCI和Co-IP实验表明，SHREK1能够跟ZmRPL7以及ZmPOP4蛋白互作。ZmPOP4是mitochondrial RNA processing (MRP)复合物的一个亚基，与酵母POP4同源。酵母RNase MRP催化A3位点的加工，推测SHREK1通过与ZmPOP4的互作调节A3位点的加工。关于玉米MRP复合物进化过程中是否保留了酵母MRP核酸内切酶的活性仍需进一步研究。

转录组测序发现shrek1突变体中核糖体功能相关基因显著上调，而生长发育过程、营养物质储存相关基因显著下调。突变中核糖体功能缺陷和基本生物学过程受阻，导致了shrek1籽粒发育的缺陷。

本研究得到国家自然科学基金资助。伟德BETVLCTOR1946始于英国在读博士生刘慧为该论文第一作者，谭保才教授为该论文的通讯作者。该团队长期从事植物种子发育的分子遗传机制研究。文章链接https://doi.org/10.1093/plcell/koac216