[吳素幸] Over my p-body! P-body與「光」掌握特定mRNA的命運

發稿時間:2019-03-13

植物的種子在土壤中萌發,在黑暗的土壤環境中,植物幼苗為了要成功突出地表必須促進下胚軸(hypocotyl length)的延長,同時並維持apical hook的構造,以保護頂端生長點不受土壤磨損,這些在黑暗中的發育特徵稱為暗形態發生(skotomorphogenesis)。當幼苗成功突出地面後,「光」會促使子葉開展並誘導葉綠體發育,以利進行光合作用。此過程則泛稱為光形態發生(photomorphogenesis)。

我們先前發現:黑暗中生長的阿拉伯芥幼苗經過光照處理四小時後,有數千條mRNA的轉譯效率會大幅提升。有趣的是,其中有許多mRNA的累積量在照光前後並沒有明顯的差異。因此可以假設這些mRNA在暗形態發生時即存在,但它們的轉譯作用卻受到抑制。在目前研究中,吳素幸研究團隊的博士生張耿禎發現: Processing body (p-body)參與此選擇性的轉譯調控機制。

P-body為位於細胞質內的蛋白質與mRNA聚合體,一般認為P-body與RNA降解以及儲存等功能相關。我們的研究發現,在黑暗環境下生長的阿拉伯芥子葉中可觀測到p-body構造。子葉在照光後,通過光訊息的傳遞導致p-body減少以及變小,以釋放出原先暫時儲存的mRNA來進行轉譯作用。在此研究中也發現,這些特定的mRNA的轉譯產物是光形態發生時必需具備的蛋白質。當p-body形成有缺失時,植物無法有正常的暗形態及光形態發育。這些結果說明:當植物幼苗在黑暗中生長時,p-body 會藉由儲存特定 mRNA 來減緩它們的轉譯進行,等到接受到光訊息時,這些mRNA便可以迅速釋放出來合成蛋白質,以進行光形態發生。讓植物可以及時反應「光」以及環境的變化,增加適應力 (Jang et al, PNAS, 2019)。