宾夕法尼亚大学 与正常植物相比，在一种叫做DX01的酶的基因中有突变的植物(右图)生长迟缓
研究人员发现，这是由于信使核糖核酸被标记降解的过程中发生了故障
学分:由格雷戈里实验室提供 就像其他生物一样，植物在一生中必须对各种信号做出动态反应
经历不同的发育阶段，或者为了应对干旱或剧烈的温度变化而改变它们的形态，需要改变它们的哪些基因被表达成蛋白质，以及这些过程何时发生
在《发育细胞》杂志的一篇新论文中，由宾夕法尼亚大学生物学家布赖恩·格雷戈里和项羽领导的研究小组发现了一种机制，植物可以通过这种机制对基因表达进行敏捷调控
他们解开了一个过程的细节，在这个过程中，激素信号触发了一个叫做烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的结构从某些信使核糖核酸分子(产生蛋白质的转录物)的一端，叫做5’端的去除。
当存在时，这些帽引导细胞分解相关的基因转录物，确保其相应的蛋白质不被制造
该论文的资深作者、艺术与科学学院生物系的副教授格雷戈里说:“我们发现，在不同的植物组织和不同的发育阶段，NAD+的水平发生了变化。”
“这似乎是一个潜在的快速开关，植物可以用它来调节它们的核糖核酸水平
" “研究哺乳动物细胞的研究人员已经发现了一种酶，这种酶似乎能起到类似的作用，它能去除这些NAD+帽，”Greogry实验室的博士后研究员、该论文的第一作者于说
“我们的研究是第一次在一个完整的生物体内展示这个过程
" 这项工作起源于格雷戈里的实验室近十年前产生的初步发现
在教授一堂关于核糖核酸的课时，格雷戈里和他的学生分享了一篇关于酵母版本的植物蛋白DX01的论文，这是一种现在已知的负责从核糖核酸中去除NAD+的酶
“我开始对它在真核生物中的作用非常感兴趣，”他说
当时，他的实验室培育出带有DX01突变的植物，发现它们生长受阻，叶子呈淡绿色，发育迟缓，而且在生育能力上有缺陷
“我想，‘这太棒了，我们需要继续努力，’”格雷戈里回忆道
通过研究，他们发现突变体有大量的小核糖核酸，这些小核糖核酸通常与抑制其他核糖核酸分子的表达有关
但最终他们无法拼凑出一个合理的故事来说明突变是如何导致小核糖核酸积累的，这项工作停滞不前
直到几年前，研究哺乳动物RNA调控的其他科学家开始发表研究成果，表明哺乳动物细胞也拥有DX01，并且它可以识别和去除NAD+帽，这一过程才停止
对DX01的角色有了新的认识后，格雷戈里、于和同事们决定重新开始他们的工作
通过研究植物，该小组可以将哺乳动物的发现更进一步，在体内观察这种酶在活的、生长的生物体中是如何起作用的
研究人员首先证实DX01在植物中的作用与在哺乳动物中相似，从基因转录物中去除了NAD+
缺少DX01的植物出现了格里高利多年前就已经看到的问题:生长发育不良
他们还使用了一种技术来分离和测序只带有NAD+帽的mRNA，并发现带有NAD+帽的mRNA转录物经常出现在编码与应激反应相关的蛋白质的基因中，以及那些参与处理NAD+本身的基因中
进一步的分析证实了NAD+帽使得mRNAs更容易被分解
为了追踪与应激反应有关的线索，研究小组对具有或不具有DX01功能的植物应用了不同水平的植物应激激素脱落酸
具有突变体DX01的植物似乎不受激素浓度变化的影响，而具有功能性DX01的植物则受到影响，这表明了NAD+封顶在对这种激素的反应中的作用
事实上，他们发现响应脱落酸的核糖核酸的NAD+封闭水平是动态变化的
“看起来NAD+封顶确实是组织特异性的，至少对一种特定的生理信号有反应，”格雷戈里说，“至少在植物中是这样的
这很好，因为它看起来是一种很强的核糖核酸稳定性的调节剂，所以植物可以破坏不同组的核糖核酸转录物的稳定，这取决于这个过程在哪里进行以及给出了什么提示
" 该小组的发现甚至与他们很早以前的不寻常发现有关，即小核糖核酸分子的积累
在他们的DX01突变植物中，他们观察到NAD+封闭的基因转录物被加工成小核糖核酸，这也是不稳定的
格雷戈里，于和他的同事认为，这可能是一个次要的机制，以消除NAD+和摆脱这些非匿名封顶的转录，即使在DX01不存在
“正在发生的是，他们正在使用另一种途径，制造小核糖核酸，也许是为了拿回NAD+，这样他们就可以把它用于其他过程，”于说
研究人员说，事实上，NAD+是新陈代谢的一个关键组成部分，所以植物有多种策略来确保它们有足够的能量是有意义的
在未来的工作中，格雷戈里实验室希望继续探索NAD+标记，包括研究它是如何添加的，而不仅仅是删除的
格雷戈里说:“一旦我们学会了如何添加、识别和去除它，它就给了我们力量，让我们能够利用这个过程作为调节植物各种反应的工具。”这种力量可能会用于农业
但是人类健康也可以从这些见解中受益
宾夕法尼亚大学的研究人员说，这项工作值得在哺乳动物系统中进行跟踪
格雷戈里说:“我很想知道哺乳动物的哪种基因转录物对不同的激素有反应。”
格雷戈里和于说，NAD+帽的添加和去除甚至可能涉及癌症生物学
在癌细胞中看到的异常细胞代谢通常是由于基因转录物经历的调节类型的失误，格雷戈里说，NAD+加帽和解帽可能起作用是“真正的可能性”
就他而言，格雷戈里很高兴能够推进一个多年前他没有涉足的研究领域，一个为他的实验室开辟了一个新的研究领域的领域
“这绝对是提醒我科学不是短跑的那些故事之一；这是一场马拉松，”格雷戈里说
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