拟南芥一个编码RRM蛋白的剪接因子参与ABA响应的机制研究

Pre-mRNA splicing is a modification of an RNA after transcription, in which introns present in primary are removed and exons are joined. It is a fundamental mechanism of constitutive eukaryotic gene expression and an important regulation of gene expression. We have cloned a gene named TDR1, which encodes a RRM-containing protein in Arabidopsis, and obtained a loss-of-function mutant tdr1-1. Because tdr1-1 showed increased tolerance to drought, the corresponding gene was called TDR1: Tolerant to Drought). However, the mutant was hypersensitive to ABA. In this work, we will analyze the expression pattern, subcellular localization and RNA binding activity of TDR1. Our research will focus on the TDR1 functions in the regulation of ABA signal transduction using a combinatorial approach of plant physiology, molecular biology and genetics. Through the transcriptional analysis, we will search for the substrates of TDR1, and validate the function of the substrates in ABA signaling pathway by a genetic approach. The final goal is to uncover the mechanism that regulates ABA response at the post-transcriptional level in Arabidopsis.

前体RNA剪接是基因转录产物去除内含子，连接外显子的过程。RNA剪接是真核生物基因表达的重要调控方式，是生物体响应发育及各种胁迫的重要机制。我们在前期的工作中克隆了一个编码含有RNA结合域RRM的基因TDR1（Tolerant to Drought1），并得到了该基因缺失突变体tdr1-1。tdr1-1明显增强植物对干旱的耐受，但是对ABA敏感性明显提高；在突变体中过量表达TDR1全长cDNA能够恢复所有上述表型，表明该突变体的上述表型确实是由TDR1功能缺失造成的。本研究将在此研究基础上，通过生理生化、分子生物学及遗传学等方法，对TDR1的表达模式、亚细胞定位及RNA结合活性进行分析，并对其参与调控ABA信号的机制进行深入研究，同时通过大通量RNA-seq分析寻找可能的TDR1的剪接底物，通过转基因方法确定该底物在ABA信号通路中的功能，最终将解析植物体在转录后水调节ABA信号的作用机。

前体mRNA剪接是基因初始转录产物去除内含子，连接外显子的过程。通过对不同剪接位点的选择，初始转录产物能够产生不同的剪接本，编码形成不同的蛋白质，及大地丰富了生物体的基因表达风度，提高对环境的适应能力。因此前体mRNA的可变剪接是真核生物基因表达调控的重要方式，是生物体响应生长发育及环境胁迫的重要机制。前体mRNA剪接在剪接复合体中进行，是一个复杂的过程。我们筛选到一个剪切因子TDR1（Tolerant to Drought1），该基因的缺失突变体明显增强对干旱耐受，而对ABA敏感性降低。该项目进一步研究了TDR1的表达模式、亚细胞定位，验证其和RNA的结合活性，并通过RNA-seq找到TDR1可能的剪接底物HAB1，分析了TDR1与pre-mHAB1的结合，分析了HAB1两个可变剪接本HAB1.1和HAB1.2在ABA信号中的不同功能。我们的研究结果表明TDR1在种子中的表达量较高，而在其他组织中表达水平较低；TDR1特异定位在细胞核中，并且以点状分布；TDR1的N端和C端均能够与寡核苷酸poly(G), poly(U), ssDNA及dsDNA结合；RNA-seq分析表明HAB1有两个可变剪接转录本HAB1.1和HAB1.2，并且HAB1.2/HAB1.1比值在不同的组织中差别不大，但是在ABA处理后明显升高，在hab1突变体中过表达HAB1.1能增加对ABA耐受，而在hab1突变体中过表达HAB1.2增加ABA敏感性；在tdr1中HAB1.2/HAB1.1比值远远大于野生型，并且TDR1能够在体内结合HAB1前体，而过表达HAB1.1能够互补tdr1突变体在ABA上表型。我们的结果首次证明了HAB1前体可变剪接在ABA信号中的调节作用，并且作为一种重要的基因表达调节机制，可变剪接调节ABA信号开/关过程并继而调节植物对非生物胁迫的响应。