Ethylen ist ein vielseitiges gasförmiges Pflanzenhormon, das eine wichtige Rolle beim Wachstum, der Entwicklung und der Anpassung an die Umwelt von Reis spielt. Durch die Translationskontrolle kann die mRNA mRNA-selektiv, signalresponsiv und schnell translatiert werden.
Frühere Studien an Arabidopsis haben gezeigt, dass Ethylen eine EIN2-vermittelte spezifische Translationsunterdrückung von EBF1/2-mRNAs zur Aktivierung der nachgeschalteten Signalübertragung induzieren kann. Ob an diesem Prozess jedoch RNA-bindende Proteine beteiligt sind, ist unbekannt.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Zhang Jinsong am Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften lieferte Einblicke in den Mechanismus der translatorischen Regulation bei der Ethylensignalisierung von Reis. Sie entwickelten ein effizientes Screening-System und identifizierten eine Reihe von Reismutanten, Mao Huzi (mhz), ein chinesischer Name für Katzenschnurrhaare, um die verstreuten Adventivwurzeln in Mutanten mit Ethylenreaktion zu beschreiben. Die Arbeit mit dem Titel „A translational regulator MHZ9 modulates ethylen signaling in rice“ wird in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation am 4. August.
Durch die Analyse einer Reis-Ethylen-Reaktionsmutante, mhz9, identifizierten sie ein Glycin-Tyrosin-Phenylalanin (GYF)-Domänenprotein, MHZ9, das die Ethylen-Signalübertragung auf der Translationsebene in Reis positiv reguliert.
Sie fanden heraus, dass MHZ9 im RNA-Verarbeitungskörper (P-Körper) lokalisiert ist. Biochemische Studien zeigten außerdem, dass der C-Terminus und der N-Terminus von MHZ9 unterschiedliche Rollen spielen. Der C-Terminus von MHZ9 enthält ein glutaminreiches Segment, das die Interaktion zwischen MHZ9 und OsEIN2-C vermittelt und auch für die P-Körper-Lokalisierung von MHZ9 ausreichend und notwendig ist. Der N-Terminus von MHZ9 enthält eine vorhergesagte Domäne für das Spleißen/Modifizieren von RNA und bindet direkt an OsEBF1/2 und viele andere mRNAs.
Mithilfe mehrerer biochemischer Methoden fanden sie heraus, dass MHZ9 auf OsEBF1/2-mRNA abzielt, um die Translation bei der Behandlung mit Ethylen zu hemmen. Die Unterdrückung der OsEBFs-Translation würde den OsEBFs-vermittelten Abbau des Transkriptionsfaktors OsEIL1 verringern und es OsEIL1 ermöglichen, sich anzusammeln, um nachgeschaltete Ethylensignalereignisse weiter zu aktivieren.
Anschließend führten sie eine Ribo-Seq-Analyse durch, um die Rolle von MHZ9 bei der Translationsregulation auf der Ebene des gesamten Genoms während der Ethylenreaktion zu untersuchen. Die Ribo-seq-Analyse zeigt, dass Gene von 1956 als Reaktion auf Ethylen signifikant und unterschiedlich auf der Ebene der Translationseffizienz (TE) reguliert würden. MHZ9 vermittelt die durch Ethylen direkt oder indirekt induzierte Translationsreaktion von 1788 (~91 %) TE-veränderten Genen.
Sie beobachteten auch mehrere phänotypische Veränderungen in der mhz9-Mutante unter Feldanbaubedingungen, darunter Zwergwuchs, Abnahme der Bestockungszahl, Bestockungsausbreitung und Korngrößenverringerung, was darauf hindeutet, dass MHZ9 möglicherweise auch andere Rollen bei der Kontrolle agronomischer Merkmale von Reis spielt.
Diese Studie identifiziert einen Hauptregulator, MHZ9, für die Translationskontrolle während der Ethylenreaktion in Reis. Die durch MHZ9 vermittelte Translationsregulation kann die Verbesserung agronomischer Merkmale und die Anpassung an ungünstige Umgebungen für Nutzpflanzen erleichtern.
Mehr Informationen:
Yi-Hua Huang et al, Ein Translationsregulator MHZ9 moduliert die Ethylensignalisierung in Reis, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-40429-0