SlRBP1 promotes translational efficiency via SleIF4A2 to maintain chloroplast function in tomato

在植物生物学领域，果实发育与成熟一直是研究的热点和难点。这一复杂过程不仅涉及多种激素、转录因子、表观遗传及环境因子的协同作用，还依赖于一系列精细的分子调控机制。近年来，中国农业大学食品科学与营养工程学院罗云波和朱鸿亮教授团队在《植物细胞》（The Plant Cell）上发表了一项重要研究成果，揭示了番茄中富含甘氨酸的RNA结合蛋白SlRBP1在转录本翻译调控水平维持叶绿体功能的重要机制。这一发现不仅为理解果实发育与成熟过程中的RNA结合蛋白（RBP）调控提供了新的视角，也为培育高产优质的番茄品种提供了宝贵的基因资源。

一、研究背景与意义

番茄，作为研究果实发育与成熟的经典模式植物，其品质变化受到多种因素的共同调控。传统的研究主要集中在激素调控、转录因子调控及表观遗传调控等方面，而RNA结合蛋白（RBP）在这一过程中的作用则相对较少被关注。RBP作为一类能够与RNA结合的蛋白质，广泛参与转录后的基因表达调控，包括mRNA的稳定性、剪接、定位及翻译等。其中，富含甘氨酸的RNA结合蛋白（GR-RBPs）超家族在多种植物中高含量表达，并调节植物的生长发育。然而，由于GR-RBP结合RNA靶标的鉴定困难，多数GR-RBP的调控机制仍不明确。

SlRBP1作为GR-RBPs超家族的一员，在番茄中广泛表达并可能参与果实发育与成熟的调控。因此，深入研究SlRBP1的功能及其调控机制，不仅有助于揭示RNA结合蛋白在果实发育中的作用，还可能为番茄的品质改良和增产提供新的基因靶点。

二、SlRBP1的发现与初步研究

在本研究中，罗云波和朱鸿亮教授团队首先对SlRBP1编码基因在番茄不同器官和果实成熟阶段的表达情况进行了检测。结果发现，SlRBP1编码基因在番茄的根、茎、叶、花及不同成熟阶段的果实中均呈现高量表达，表明SlRBP1可能在番茄的生长发育过程中发挥重要作用。

为了进一步探究SlRBP1的功能，研究者利用病毒诱导的基因沉默技术（VIGS）对SlRBP1进行了沉默处理。结果发现，SlRBP1功能缺失的番茄植株表现出明显的生长迟缓、矮化、黄叶以及花蕾脱落严重等表型。同时，这些植株的坐果率显著降低，果实多为黄色和橙色，表明SlRBP1对番茄的营养和生殖生长均具有重要影响。

三、SlRBP1与叶绿体功能的关系

在观察到SlRBP1功能缺失对番茄生长的影响后，研究者进一步检测了这些植株叶片中叶绿素的积累情况。结果发现，SlRBP1沉默植株叶片中总叶绿素的积累明显减少，叶绿体超微结构严重受损，光合作用能力下降。这些结果表明，SlRBP1功能的缺失引发了叶绿体功能障碍，进而影响了番茄的生长和发育。

为了揭示SlRBP1如何影响叶绿体功能，研究者对SlRBP1的潜在靶标RNAs进行了鉴定。通过天然RNA免疫共沉淀测序（nRIP-seq）技术，研究者从SlRBP1沉默植株的叶片中鉴定出了61个与SlRBP1相关的潜在靶标RNAs。对这些靶标RNAs的功能进行分析发现，其中大部分参与光合作用过程，包括光系统I、光系统II、细胞色素b6/f复合体及ATP合成酶等关键组件的编码基因。这些结果表明，SlRBP1可能通过调控与光合作用相关的关键基因表达来维持叶绿体功能。

四、SlRBP1促进靶标RNAs翻译的机制

在确定了SlRBP1的靶标RNAs后，研究者进一步探究了SlRBP1如何调控这些靶标RNAs的翻译。通过多核糖体分析结合RT-qPCR技术，研究者发现SlRBP1沉默植株中SlRBP1结合转录本所编码的蛋白积累水平显著降低，而并非影响mRNA本身的稳定性或丰度。这表明SlRBP1可能通过促进靶标RNAs的翻译来维持叶绿体功能。

为了揭示SlRBP1促进靶标RNAs翻译的具体机制，研究者进行了互作蛋白筛选。通过酵母双杂交技术和免疫共沉淀技术，研究者发现SlRBP1能够与真核翻译起始因子SleIF4A2发生互作。SleIF4A2是翻译起始复合物中的关键组成成分，负责mRNA的解旋和扫描过程。进一步的研究发现，SlRBP1的沉默显著降低了SleIF4A2与SlRBP1靶向RNAs的结合能力。这表明SlRBP1可能通过与SleIF4A2翻译起始复合物结合，促进靶标RNAs的翻译起始过程，进而维持叶绿体功能。

五、SlRBP1在番茄增产与品种改良中的应用前景

本研究揭示了SlRBP1在转录本翻译调控水平维持叶绿体功能的重要机制，为理解果实发育与成熟过程中的RNA结合蛋白调控提供了新的视角。同时，这一发现也为番茄的增产和品种改良提供了潜在的育种价值。

首先，由于SlRBP1能够维持叶绿体功能并促进光合作用，因此可以通过调控SlRBP1的表达来提高番茄的光合效率，进而增加番茄的产量。其次，SlRBP1作为RNA结合蛋白，具有广泛的靶标RNA调控能力。通过筛选和鉴定SlRBP1的其他靶标RNAs，可以进一步揭示SlRBP1在番茄生长发育过程中的其他重要作用，为番茄的品质改良提供新的基因靶点。此外，由于SlRBP1在多种植物中高含量表达并可能具有相似的功能，因此这一研究成果还可能为其他作物的增产和品质改良提供有益的借鉴。

六、未来研究方向与展望

尽管本研究在揭示SlRBP1的功能及其调控机制方面取得了重要进展，但仍有许多问题有待进一步探究。例如，SlRBP1如何识别并结合特定的靶标RNAs？SlRBP1与SleIF4A2之间的相互作用如何影响翻译起始复合物的形成和活性？SlRBP1是否还参与其他类型的转录后调控过程？这些问题都需要在未来的研究中进行深入探究。

此外，随着基因编辑技术的不断发展，如CRISPR/Cas9等基因编辑工具在植物中的广泛应用，为SlRBP1的功能验证和育种应用提供了更多的可能性。通过基因编辑技术直接调控SlRBP1的表达水平或改变其互作蛋白的活性，可以进一步验证SlRBP1的功能并评估其在番茄增产和品质改良中的潜力。

总之，本研究揭示了番茄中富含甘氨酸的RNA结合蛋白SlRBP1在转录本翻译调控水平维持叶绿体功能的重要机制。这一发现不仅为理解果实发育与成熟过程中的RNA结合蛋白调控提供了新的视角，也为番茄的增产和品种改良提供了潜在的育种价值。未来的研究将进一步深入探究SlRBP1的功能及其调控机制，为揭示植物生长发育的奥秘提供更多的线索和依据。

名称	货号	规格
RLM-RACE KIT 5/10/100 RXNS	AM1700	EACH
DB HIS-TAG ISOLATION PULLDOWN	10103D	2ML