研究发现snoRNP在拟南芥生长发育中的作用是由火精胺介导的

多胺广泛存在于细菌、酵母、动物和植物中。多胺的主要存在形式是腐胺(Put)、亚精胺(Spd)和精胺(Spm)。多胺曾被认为是一种潜在的植物激素，调节植物生长发育和环境适应的许多方面。然而，由于其比经典植物激素含量高得多的内源含量和不明确的信号转导途径，近年来多胺被认为是一种生长调节剂。热精胺(T-Spm)是1979年在嗜热生物中发现的，是精胺的异构体。拟南芥热精蛋白合成缺陷突变体与腐胺、亚精胺和精胺缺陷突变体的表型存在显著差异，表明热精蛋白在植物中可能具有特定的功能和信号转导途径。

中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员李佳阳通过测定拟南芥中多胺的含量，发现内源的火精胺含量明显低于腐胺、亚精胺和精胺，达到了经典植物激素的范围。pyrospermine合成突变体acl5的株高显著降低，在靠近根茎连接处的根部出现肿瘤样结构。为了分析热精子蛋白调节植物生长发育的机制，研究小组进行了大规模的抑制剂筛选，获得了50多个acl5结节结构(san)的抑制剂。研究人员对两种抑制剂san1和san2进行了深入研究，发现SAN1和SAN2分别编码box H/ACA和box C/D snoRNP复合物的核心蛋白NAP57和Nop56，保守的TruB N和Nop结构域分别发生点突变。先前在细菌、酵母和动物中的研究表明，box H/ACA和box C/D snoRNP复合物由四种核心蛋白和相应的小核仁RNA(snoRNA)组成，它们分别负责核糖体RNA的假尿嘧啶修饰和2 -O-甲基化修饰，并与核糖体生物合成、活性和癌症等疾病的发生密切相关。植物中box H/ACA和C/D snoRNP复合物的核心蛋白与酵母和动物中的核心蛋白高度同源，但目前对植物中snoRNP复合物功能的研究有限。

通过对rRNA假尿嘧啶修饰的质谱定量分析，发现acl5中的假尿嘧啶修饰水平与野生型无显著差异，而acl5 san1中的假尿嘧啶修饰水平显著降低，说明san1中的点突变导致了box H/ACA snoRNP功能的破坏。研究人员通过高通量测序技术检测了5.8S、18S和25S rRNA的2 -O-甲基化位点和程度。发现acl5的2 -O-甲基化水平与野生型无明显差异，但acl5 san2中rrna的2 -O-甲基化水平整体下降，表明san2在rRNA的2-O-甲基化中起重要作用。

在拟南芥中，腐胺、亚精胺、精胺和热精胺是多胺的主要类型，它们的内源含量和生物学功能各不相同。本研究发现，火精胺的内源水平约为1 g/g，接近内源植物激素的范围。根据遗传筛选，acl5抑制蛋白SAN1/NAP57和SAN2/NOP56分别是box H/ACA snoRNP和box C/D snoRNP的核心成分，在rRNA的假尿嘧啶修饰和2 -O-甲基化修饰中起关键作用。因此，火精胺可以通过调节snoRNP复合体的功能来调节拟南芥的株高和瘤样结构。对snoRNP功能的进一步分析有望阐明植物中火精胺的信号转导机制。

本研究将rRNA的修饰与热精子蛋白介导的植物生长发育联系起来，为研究热精子蛋白调控植物生长发育的机制提供了重要证据。由于活性精胺的内源含量低，它可能作为一种新的植物激素发挥作用。未来需要对acl5抑制剂进行更多的分析，对snoRNP功能进行更深入的研究，这对揭示植物中火精胺完整的信号转导通路具有重要意义。

相关研究成果发表在《中国科学：生命科学》(Science China Life Sciences)上，题目是《Snornp对于以热测量为中介的阿拉伯发展至关重要》。该研究得到了国家、中科院战略性先导科技项目、国家重点研发计划、中科院青年创新促进会和中科院关键技术人才计划的支持。

T-Spm调控拟南芥生长发育的工作模式