DNA是生物体遗传信息的载体，是正常生长、发育和繁衍所需的遗传模板，维持DNA的完整性和稳定性至关重要。紫外线、辐射和环境污染等引起的DNA损伤影响人和动物的衰老，导致疾病乃至癌症。对植物而言，外界环境因子，如土壤盐碱、重金属、电离辐射、紫外线、洪涝等胁迫，同样会导致DNA损伤，严重影响植物生长发育甚至对作物生产造成危害。然而DNA损伤响应及修复的机制在动物和植物中并不完全相同，在植物中的研究较为滞后。揭示调控植物DNA损伤及其修复的机制对于增强作物抗性、提高生物产量具有重要生物学意义。
近日，李胜军研究员带领的能源植物改良与利用研究组揭示了MAC5A和26S蛋白酶体协同调控植物DNA损伤响应（DDR）进而影响植物生长发育及适应高硼胁迫的新机制，相关成果发表在Plant Physiology《植物生理》。
MOS4-associated complex （MAC）复合体参与植物的生长发育、胁迫响应、pre-mRNA可变剪切和miRNA生物合成等众多生物学过程。MAC5是MAC复合体的一个附属亚基，功能完全丧失后导致严重的发育缺陷和胚胎致死。研究团队之前的研究表明MAC5通过调控pri-miRNA的稳定性影响miRNA的积累（Li et al., PNAS 2020），但MAC5在植物体内的其它生物学功能尚不完全清楚。
图. MAC复合体调控植物DNA损伤响应及生长发育和环境适应性
该项研究发现，MAC5A缺失突变体mac5a对甲基磺酸甲酯（MMS，一种DNA损伤诱导剂）的处理更加敏感，表现出主根生长抑制、真叶叶原基发育延缓等表型。通过RNA-seq分析发现，MAC5A缺失导致DDR相关基因的表达及pre-mRNA的可变剪切发生变化。此外，通过IP-MS质谱分析鉴定到多个26S蛋白酶体亚基与MAC5A互作，通过生化和遗传分析进一步验证了MAC5A与26S蛋白酶体关键亚基RPN1A和RPT2A之间的互作关系。有意思的是，MAC5A调控26S蛋白酶体的活性，同时26S蛋白酶体也影响MAC5A蛋白的降解。此外，土壤中高浓度的硼影响作物的产量和品质，其中一个主要的原因是高硼胁迫导致植物DNA损伤。该研究发现，MAC复合体的多个核心亚基和26S蛋白酶体均参与高硼诱导的DNA损伤响应过程。综上所述，该研究揭示了MAC复合体和26S蛋白酶体协同调控植物DDR过程的分子机制。
博士后孟祥祥和已出站博士后王全慧为该论文的共同第一作者，李胜军研究员为该论文的通讯作者，内布拉斯加大学林肯分校于彬教授、河南大学胡筑兵教授、西南大学杜海教授参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金面上项目、山东能源研究院创新基金、山东省青年基金、中科院特别研究助理、博士后科学基金等项目的资助。
植物的生长发育与环境适应能力受到RNA的转录及转录后调控，揭示调控植物生长、抗逆的分子基础有助于作物尤其是能源作物的遗传改良。截至目前，该团队在RNA转录后加工领域取得了一系列进展，揭示了MAC复合体附属亚基MAC5（Li et al., PNAS 2020）、MAC复合体核心亚基MAC3（Li et al., Plant Cell 2018）、DEAD-box RNA 螺旋酶SMA1（Li et al., NAR 2018）调控植物生长发育和miRNA合成代谢的生物学机制。 （文/图 孟祥祥）
Xiangxiang Meng#, Quanhui Wang#, Ruili Hao, Xudong Li, Mu Li, Ruibo Hu, Hai Du, Zhubing Hu, Bin Yu, Shengjun Li*. RNA-binding protein MAC5A interacts with the 26S proteasome to regulate DNA damage response in Arabidopsis. Plant Physiology, 2022.
