miRNA生物合成因子TOUGH调控拟南芥核糖体生物合成和rRNA前体转录后加工的机制研究

Ribosomal RNA is the most abundant cellular non-coding RNA and the essential structural component of ribosome for translation. As an essential, complicated and energy-intensive process, ribosome biogenesis is strictly regulated in vivo. It is always one of the most popular fields in biological research to investigate the regulatory mechanism of ribosome biogenesis. However, compared to monocellular yeast, much remain unclear about ribosome biogenesis and its regulatory network in higher plants. Our preliminary work suggests that the RNA binding protein TOUGH plays unexpected role in proper pre-rRNA processing, which is different from other well-known miRNA biogenesis factors. In this project, we will apply comprehensive approaches to determine the molecular mechanism that TOUGH regulates rRNA post-transcriptional processing, as well as the potential cross-talk between small RNA biogenesis and rRNA biogenesis. This project will extend our knowledge about ribosome biogenesis in higher plants and provide new clues to better understand ribosome biogenesis associated developmental defects and human diseases.

核糖体rRNA是细胞内丰度最高的非编码RNA，作为核糖体重要的结构组成，参与蛋白质合成。核糖体生物合成是细胞中最基本的生物学过程之一，受到细胞精密调控。对核糖体生物合成过程及其调控机制的研究一直是当今生物学研究的热点之一。相对于单细胞酵母，我们对高等植物中rRNA生物合成过程及其调控网络的认知仍然有限。本项目前期工作发现，小RNA生物合成因子TOUGH特异地参与rRNA的转录后加工调控。本项目以模式植物拟南芥为材料，围绕高等植物核糖体生物合成的调控机理这一关键科学问题，综合多种技术手段探索TOUGH蛋白调控高等植物rRNA前体转录后加工的分子机制，探索小RNA和rRNA这两类重要的非编码RNA在生物合成过程中新的相互调控关系。本研究有助于进一步解析高等植物核糖体生物合成及其调控过程，为我们深入了解核糖体合成相关的生长发育缺陷和多种疾病的作用机制提供新思路。

基因表达调控是细胞中重要的生物学过程。核糖体介导的蛋白质翻译是基因表达的重要环节。核糖体生物合成是细胞中最基本的生物学过程之一，受到细胞精密调控。对核糖体生物合成过程及其调控机制的研究一直是当今生物学研究的热点之一。核糖体生物合成与蛋白质翻译的异常会造成严重的生物学后果，在植物中造成发育缺陷、环境适应下降和作物减产，因此理解植物中核糖体合成和调控的机制有重要的科学意义和实践意义。相对于单细胞酵母和动物细胞，我们对高等植物中核糖体生物合成过程的调控机制的认知仍然有限。我们前期的研究首次揭示高等植物中存在两条可变的rRNA加工通路，并且AtPRMT3参与加工方式的平衡促进生长发育。此外粮食作物水稻核糖体生物合成过程受到低温胁迫的抑制，从而帮助水稻短时间适应低温，而长时间造成低温伤害。本项目进一步阐述了AtPRMT3通过与核糖体小亚基蛋白RPS2相互作用参与核糖体合成、抑制核仁胁迫促进生长发育。我们的工作揭示了核糖体合成调控过程的复杂性和多样性，有助于进一步解析高等植物核糖体生物合成及其调控过程 ，为我们深入了解核糖体合成相关的生长发育缺陷和多种疾病的作用机制提供新思路。 此外，TGH研究工作揭示其在基因表达的转录水平和转录后RNA加工水平发挥重要的调节作用，平衡生长与自身免疫基因的表达。并且TGH自身蛋白结构域特征暗示其可能在细胞核中通过相分离方式发挥分子生物学调控功能。因此为我们进一步探索植物在平衡生长和防御反应的机制研究中提供很好的切入点，并且相关的研究成果可能被转化到重要经济作物，帮助植物对生物胁迫的适应。

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