植物细胞会说话!RNA 外泌体次单元传递 mRNA 达成沟通

0

细胞沟通是生物体重要的基本生理功能,动物可透过神经电讯号传递讯息分子,但在植物体内,植物细胞由坚硬的细胞壁包围构成,讯息传递不易,再加上植物的“行为”不像动物明显可观察,因此对于植物体讯息传递机制的研究进展较困难与缓慢。

美国冷泉港实验室(Cold Spring Harbor Laboratory)近期发表于《Science》研究中指出,从模式生物阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)找到最新线索:植物细胞透过传递 mRNA 达成沟通,这解释了植物发育与细胞分裂过程中,植物体协调环境讯息、得知该往哪里生长的机制。

藻类是生技产业未开发的金矿?(基因线上国际版)

阿拉伯芥透过 mRNA 外泌体传递讯息

阿拉伯芥是全世界第一个完成全基因组定序的植物,是长期以来用于基础研究的植物模式生物。在此项研究发现,阿拉伯芥细胞间透过传递 KNOTTED1(KN1) mRNA 同源基因,达到细胞沟通的效果。不仅如此,KN1 进入细胞还需要 AtRRP44a(processing protein 44a) 蛋白协助。 

AtRRP44a 是一种 RNA 外泌体次单元(exosome subunit),它在真核生物中扮演修饰、降解 RNA 的多样功能。而在植物体讯息传递方面,AtRRP44a 能透过包裹 KN1 mRNA、穿越细胞壁上的原生质丝(plasmodesmata)孔道,达成细胞与细胞之间的沟通。当 AtRRP44a 浓度过低,细胞间的 mRNA 传递速度会变慢,植物也无法正常生长。

阿拉伯芥细胞透过传递 mRNA 分子沟通,影片来源/ Cold Spring Harbor Laboratory

许多植物存在类似的讯息传递机制

除了阿拉伯芥,研究团队发现玉米也有透过类似的外泌体讯息传递机制。他们将阿拉伯芥与玉米的 AtRRP44a 基因片段相互转殖,发现植物仍可正常生长,证明两物种的 RNA 外泌体讯息传递机制接近。

“植物相当复杂,它们看起来只是处在环境中不动,事实上正处理大量环境讯息、植物的不同构造间不断沟通,交流着是否受到病原体攻击,或者需要补充摄取营养等。”该研究计画主持人 David Jackson 教授说道。

增加植物逆境反应的调控管道

根据 David Jackson 教授 2021 年底发表在《Science》的另一项研究显示,植物体透过原生质丝传递  RNA 外泌体的讯息通道,可增加植物的环境耐受度。

具体而言,当这类讯息传递较活跃时,玉米根部的细胞层数会随之增加,并提升玉米耐洪水、储存碳水化合物等能力,使其更有利在极端环境生长。

David Jackson 教授这系列研究提出,RNA 外泌体在阿拉伯芥、玉米等植物扮演讯息传导的重要功能,并且这与植物适应环境的能力紧密相关。未来随着全球气候环境变迁,农业资源受限,若能利用基因工程提升植物 RNA 外泌体与原生质丝传递,促进其逆境反应的调控能力将是一条可行管道。

延伸阅读:哪些非编码 DNA 会影响植物育种?KeyGene、Annogen 启动基因体研究计画

参考资料:
1. https://www.cshl.edu/plants-rna-notes-to-self/
2. Science, 2022; https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm0840
3. Science, 2021; https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj2327

©www.geneonline.news. All rights reserved. 基因线上版权所有 未经授权不得转载。合作请联系:service@geneonlineasia.com