两大权威刊物聚焦拟南芥最新研究进展

拟南芥（Arabidopsis thaliana），又名鼠耳芥、阿拉伯芥、阿拉伯草。这种小小的有花植物，是在植物科学，包括遗传学和植物发育研究中著名的模式生物。近期两个研究组在这一模式植物的研究方面又获得了新成果。

研究人员结合蛋白组学、转录组学和遗传学等研究手段，揭示了拟南芥中对称性双甲基化在mRNA前体拼接过程中的重要作用，阐释了AtPRMT5参与调控植物生长发育过程的分子机制。研究成果在线发表于国际知名期刊《美国科学院院刊》（PNAS）上。

蛋白质是生物体结构与功能的基本单位，是所有生命活动的物质基础和生理功能的重要执行者。蛋白质翻译后修饰是调节蛋白质生物学功能的关键步骤之一，作为基因产物几乎所有的蛋白质都要经过翻译后的剪切修饰才能成为成熟蛋白质。目前已发现的蛋白质翻译后修饰形式已经多达100种以上，其中蛋白质精氨酸甲基化是一种非常重要的蛋白翻译后共价修饰，参与调控细胞的多种重要的生命过程。蛋白质精氨酸甲基化由一类被称为蛋白质精氨酸甲基转移酶（PRMT）的蛋白家族催化完成，主要分为非对称性双甲基化（I型）和对称性双甲基化（II型）。AtPRMT5是拟南芥中一个主要的II型蛋白精氨酸甲基转移酶，能够催化组蛋白和非组蛋白的对称性双甲基化，参与调控植物生长发育的各个过程，包括叶片形态、生长速率、以及通过下调开花抑制基因FLC的表达而促进开花等过程。但是目前，对于AtPRMT5参与植物生长发育的分子机制的认识还非常有限。

研究人员利用蛋白组学手段，鉴定了AtPRMT5的体内非组蛋白底物，其中包括一些与RNA代谢相关的蛋白。随后利用高通量转录组测序技术（RNA-seq）来检测RNA代谢的变化。研究结果表明AtPRMT5的缺失会导致大量的mRNA前体的拼接出现异常，而这些mRNA参与植物生长发育的多个过程，如非生物刺激响应，光合作用，温度响应等。以开花时间调节为例，在atprmt5突变体中，开花调节基因FLK（FLOWERING LOCUS KH DOMAIN）的异常拼接会导致其正常功能转录本的减少和蛋白水平的下降，从而造成FLC的上调以及晚花的表型。由此可知，AtPRMT5通过调控植物生命周期各个阶段中mRNA前体的正确加工，保证了植物正常的生长发育过程。

另外一组研究人员发现拟南芥缺失VILLIN5之后花粉管中微丝的稳定性迅速下降，进而影响花粉管生长，说明拟南芥VILLIN5很可能通过稳定微丝调控极性生长。这一研究成果公布在植物学权威期刊Plant Cell杂志上。

花粉管在花柱中快速生长最后成功地把两个不能运动的精细胞送到胚囊中以完成高等植物的双受精过程。研究表明微丝细胞骨架对花粉管的生长行使非常重要的调节作用。各种药理学处理以及遗传学操作干扰微丝的排布方式和动态组装特性就会抑制花粉管的极性生长，但是微丝细胞骨架如何调节花粉管生长的机理还不是特别清楚。

在这篇文章中，研究人员对花粉中高度表达的微丝相关蛋白VILLIN5进行了功能解析，发现拟南芥缺失VILLIN5之后花粉管中微丝的稳定性迅速下降，进而影响花粉管生长，说明拟南芥VILLIN5很可能通过稳定微丝调控极性生长。

利用体外生化分析和全内反射荧光显微技术，研究人员发现，VILLIN5具有微丝成束和依赖于钙离子的微丝切割功能，同时还发现生理水平的钙离子浓度足以激活VILLIN5的切割活性。

该研究为植物VILLIN在细胞内的生理学功能提供了直接证据，丰富了人们对该蛋白家族作用的理解，暗示VILLIN5很可能通过协同钙离子信号调控花粉管生长。该研究成果为阐明微丝细胞骨架与植物细胞极性生长的关系，进而建立植物细胞极性生长的调控网络提供了重要的实验证据。