发现pre-mRNA剪接因子RDM16调控根尖干细胞维持新机制（2020.8.14 中国科学院植物研究所）

与动物不同，高等植物只能固着生长的特点决定了其能够根据复杂的环境条件不断地调整器官的发生和发育进程进而更好的生存下来。植物生长发育的这种可塑性是由在茎尖和根尖生长点分生组织中央的一个具有持续分裂能力和分化功能的干细胞组织结构决定的。因此，研究根尖干细胞的调控机制是阐释植物根系生长发育的核心问题，但是相对于动物干细胞研究来说，植物干细胞的研究起步较晚，仍有很多不清楚的问题亟待解决。Pre-mRNA的剪接是mRNA去除内含子连接外显子形成成熟mRNA的过程，选择性剪接就是利用可变的剪接位点，生成不同的mRNA的过程。选择性剪接可以增加生物体蛋白质组丰度，是一种非常重要的基因转录后调控机制，介导各种生物学过程。最近几年，pre-mRNA的选择性剪接及其调控机制已成为植物科学中的一个研究热点。然而，pre-mRNA剪接是否参与根尖干细胞的调控，之前还未见报道。

中国科学院植物研究所近日在线发表了山东大学生命科学学院丁兆军教授课题组题为“The pre-mRNA splicing factor RDM16 regulates root stem cell maintenance in Arabidopsis”的研究论文。该研究发现，拟南芥中的一个pre-mRNA剪接因子RDM16能够通过对PLETHORA1/2（PLT1/2）、ARABIDOPSIS HISTIDINE PHOSPHOTRANSFER PROTEIN5（AHP5）和ARABIDOPSIS RESPONSE REGULATORS（ARR1，ARR2，ARR11）的可变剪接来调控根尖干细胞的维持，进而调控根系生长发育。

RDM16调控根尖干细胞维持进而影响根系生长发育的作用机制

丁兆军教授课题组用EMS诱变得到一个pre-mRNA剪接因子RDM16的功能缺失突变体rdm16-4。发现该突变体根尖干细胞的维持与特化发生了紊乱，rdm16-4的根尖具有静止中心分裂和干细胞分化的表型。这是首次发现pre-mRNA剪接因子参与调控根尖干细胞的维持。同时，我们还发现rdm16-4突变体中细胞分裂素信号明显减弱。外源施加细胞分裂素能够显著恢复rdm16-4突变体根短的表型。由于RDM16编码一个pre-mRNA剪接因子，所以，我们通过转录组测序验证RDM16是否参与了pre-mRNA的剪接。结果表明，rdm16-4突变体中内含子保留、5可变剪接和外显子跳跃发生的次数都明显高于野生型。进一步分析发现，rdm16-4突变体中PLT1和PLT2的pre-mRNA剪接受到了影响，存在明显的内含子保留现象。并且还发现，细胞分裂素信号通路中的关键因子（AHP5，ARR1，ARR2和ARR11）在rdm16-4突变体中也存在明显的内含子保留。进一步通过遗传及生化实验验证表明，这些关键因子的可变剪接参与了根尖干细胞维持的调控。因此，该研究揭示了RDM16通过对PLT1/2、AHP5和ARR1/2/11的可变剪接来调控根尖干细胞的维持，进而调控根系生长发育。

山东大学博士后吕丙盛博士为本论文的第一作者，丁兆军教授为通讯作者。本研究得到了國家自然科学基金，国家重点基础研究发展规划项目（973计划项目），山东省重大基础研究项目，中国博士后科学基金特别资助项目和山东省博士后创新项目的资助。