In einer Studie veröffentlicht in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften Am 30. Januar berichtet ein Forschungsteam über ein neues Verständnis darüber, wie Licht das Pflanzenwachstum beeinflusst.
Licht spielt eine zentrale Rolle beim Wachstum und der Entwicklung von Pflanzen, da es eine Energiequelle darstellt und verschiedene Aspekte der Pflanzenmorphologie steuert. Es wurde bereits früher entdeckt, dass posttranskriptionelles Spleißen (PTS) polyadenylierte Transkripte voller Länge erzeugt. Diese Transkripte mit ihren ungespleißten Introns bleiben im Zellkern erhalten und ermöglichen es Pflanzen möglicherweise, sich schnell an Umweltveränderungen anzupassen.
Die Arabidopsis-Protein-Arginin-Methyltransferase 5 (AtPRMT5), die an der Bildung des Spleißosoms beteiligt ist, wurde kürzlich als entscheidend für das Spleißen von PTS-Introns identifiziert.
Die genauen Prozesse, die die posttranskriptionelle Regulation während der ersten Lichtexposition junger, etiolierter Sämlinge steuern, sind jedoch weitgehend unbekannt.
Unter der Leitung von Prof. Cao Xiaofeng vom Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften konzentrierten sich die Forscher in Zusammenarbeit mit Forschern der Southern University of Science and Technology auf die Rolle des posttranskriptionellen Spleißens (PTS) bei der Photomorphogenese – das Entwicklungsstadium, in dem Sämlinge zum ersten Mal dem Licht ausgesetzt werden.
Sie fanden heraus, dass Licht das PTS von Genen steuert, die die Photosynthese in den Mesophyllzellen von Pflanzen regulieren. Dieser Prozess wird durch zwei Proteine gemeinsam reguliert: AtPRMT5 und Constitutive Photomorphogenic 1 (COP1).
Die Forscher nutzten die Nanoporen-Sequenzierung entstehender RNA voller Länge, um zu zeigen, dass 1.411 Gene einer lichtresponsiven PTS unterliegen. Diese Gene wurden anschließend anhand unterschiedlicher Neigungen in sechs Gruppen eingeteilt.
Später analysierten die Forscher mithilfe der Einzelkern-RNA-Sequenzierung mit hohem Durchsatz die Sämlinge, die in ständiger Dunkelheit gehalten wurden, und solche, die entweder eine oder sechs Stunden lang dem Licht ausgesetzt waren. Dies führte zur erfolgreichen Klassifizierung von 10 Untergewebeclustern.
Die Analyse der differentiell exprimierten Gene (DEGs) ergab, dass etwa die Hälfte (3.193 von 6.224) dieser DEGs überwiegend in Mesophyllzellen angereichert waren. Interessanterweise entdeckten die Forscher, dass Gene, die an lichtassoziiertem PTS beteiligt sind, eine signifikante Expression in Mesophyllzellen zeigten.
Diese Arbeit zeigte außerdem, dass der Spleißfaktor AtPRMT5 zusammen mit der E3-Ubiquitin-Ligase COP1 (einem primären Repressor von Lichtsignalwegen) arbeitet, um lichtinduziertes PTS in Mesophyllzellen zu koordinieren. Diese Koordination erleichtert die Entwicklung, Photosynthese und Morphogenese der Chloroplasten und ermöglicht es den Pflanzen, sich an veränderte Lichtbedingungen anzupassen.
Diese Studie liefert wichtige Einblicke in die zelltypspezifische Regulation von PTS, die für den Beginn der Photomorphogenese wesentlich ist. Es bietet auch ein tieferes Verständnis der komplexen Mechanismen, durch die sich Pflanzen akklimatisieren und Umweltsignale über bestimmte Zelltypen und Gewebe weiterleiten.
Mehr Informationen:
Yan Yan et al., Licht kontrolliert das mesophyllspezifische posttranskriptionelle Spleißen photoregulatorischer Gene durch AtPRMT5, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2024). DOI: 10.1073/pnas.2317408121