擬南芥（Arabidopsis thaliana），又名鼠耳芥、阿拉伯芥、阿拉伯草。這種小小的有花植物，是在植物科學(xué)，包括遺傳學(xué)和植物發(fā)育研究中著名的模式生物。近期兩個(gè)研究組在這一模式植物的研究方面又獲得了新成果。

研究人員結(jié)合蛋白組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和遺傳學(xué)等研究手段，揭示了擬南芥中對(duì)稱性雙甲基化在mRNA前體拼接過(guò)程中的重要作用，闡釋了AtPRMT5參與調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的分子機(jī)制。研究成果在線發(fā)表于國(guó)際知名期刊《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS）上。

蛋白質(zhì)是生物體結(jié)構(gòu)與功能的基本單位，是所有生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)和生理功能的重要執(zhí)行者。蛋白質(zhì)翻譯后修飾是調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)生物學(xué)功能的關(guān)鍵步驟之一，作為基因產(chǎn)物幾乎所有的蛋白質(zhì)都要經(jīng)過(guò)翻譯后的剪切修飾才能成為成熟蛋白質(zhì)。目前已發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)翻譯后修飾形式已經(jīng)多達(dá)100種以上，其中蛋白質(zhì)精氨酸甲基化是一種非常重要的蛋白翻譯后共價(jià)修飾，參與調(diào)控細(xì)胞的多種重要的生命過(guò)程。蛋白質(zhì)精氨酸甲基化由一類被稱為蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（PRMT）的蛋白家族催化完成，主要分為非對(duì)稱性雙甲基化（I型）和對(duì)稱性雙甲基化（II型）。AtPRMT5是擬南芥中一個(gè)主要的II型蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶，能夠催化組蛋白和非組蛋白的對(duì)稱性雙甲基化，參與調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)過(guò)程，包括葉片形態(tài)、生長(zhǎng)速率、以及通過(guò)下調(diào)開(kāi)花抑制基因FLC的表達(dá)而促進(jìn)開(kāi)花等過(guò)程。但是目前，對(duì)于AtPRMT5參與植物生長(zhǎng)發(fā)育的分子機(jī)制的認(rèn)識(shí)還非常有限。

研究人員利用蛋白組學(xué)手段，鑒定了AtPRMT5的體內(nèi)非組蛋白底物，其中包括一些與RNA代謝相關(guān)的蛋白。隨后利用高通量轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)（RNA-seq）來(lái)檢測(cè)RNA代謝的變化。研究結(jié)果表明AtPRMT5的缺失會(huì)導(dǎo)致大量的mRNA前體的拼接出現(xiàn)異常，而這些mRNA參與植物生長(zhǎng)發(fā)育的多個(gè)過(guò)程，如非生物刺激響應(yīng)，光合作用，溫度響應(yīng)等。以開(kāi)花時(shí)間調(diào)節(jié)為例，在atprmt5突變體中，開(kāi)花調(diào)節(jié)基因FLK（FLOWERING LOCUS KH DOMAIN）的異常拼接會(huì)導(dǎo)致其正常功能轉(zhuǎn)錄本的減少和蛋白水平的下降，從而造成FLC的上調(diào)以及晚花的表型。由此可知，AtPRMT5通過(guò)調(diào)控植物生命周期各個(gè)階段中mRNA前體的正確加工，保證了植物正常的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程。

另外一組研究人員發(fā)現(xiàn)擬南芥缺失VILLIN5之后花粉管中微絲的穩(wěn)定性迅速下降，進(jìn)而影響花粉管生長(zhǎng)，說(shuō)明擬南芥VILLIN5很可能通過(guò)穩(wěn)定微絲調(diào)控極性生長(zhǎng)。這一研究成果公布在植物學(xué)權(quán)威期刊Plant Cell雜志上。

花粉管在花柱中快速生長(zhǎng)最后成功地把兩個(gè)不能運(yùn)動(dòng)的精細(xì)胞送到胚囊中以完成高等植物的雙受精過(guò)程。研究表明微絲細(xì)胞骨架對(duì)花粉管的生長(zhǎng)行使非常重要的調(diào)節(jié)作用。各種藥理學(xué)處理以及遺傳學(xué)操作干擾微絲的排布方式和動(dòng)態(tài)組裝特性就會(huì)抑制花粉管的極性生長(zhǎng)，但是微絲細(xì)胞骨架如何調(diào)節(jié)花粉管生長(zhǎng)的機(jī)理還不是特別清楚。

在這篇文章中，研究人員對(duì)花粉中高度表達(dá)的微絲相關(guān)蛋白VILLIN5進(jìn)行了功能解析，發(fā)現(xiàn)擬南芥缺失VILLIN5之后花粉管中微絲的穩(wěn)定性迅速下降，進(jìn)而影響花粉管生長(zhǎng)，說(shuō)明擬南芥VILLIN5很可能通過(guò)穩(wěn)定微絲調(diào)控極性生長(zhǎng)。

利用體外生化分析和全內(nèi)反射熒光顯微技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)，VILLIN5具有微絲成束和依賴于鈣離子的微絲切割功能，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)生理水平的鈣離子濃度足以激活VILLIN5的切割活性。

該研究為植物VILLIN在細(xì)胞內(nèi)的生理學(xué)功能提供了直接證據(jù)，豐富了人們對(duì)該蛋白家族作用的理解，暗示VILLIN5很可能通過(guò)協(xié)同鈣離子信號(hào)調(diào)控花粉管生長(zhǎng)。該研究成果為闡明微絲細(xì)胞骨架與植物細(xì)胞極性生長(zhǎng)的關(guān)系，進(jìn)而建立植物細(xì)胞極性生長(zhǎng)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了重要的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。