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      2024年11月14日，北京大學陳雪梅、杭潤來（第一作者）聯(lián)合華南農(nóng)業(yè)大學尤辰江共同通訊在Nature Communications（IF=14.7）在線發(fā)表題為"HOT3/eIF5B1 confers Kozak motif-dependent translational control of photosynthesis-associated nuclear genes for chloroplast biogenesis"的研究論文。文中引用了九圃BPC500H培養(yǎng)箱，在九圃LED植物生長燈22℃全光譜白光下進行研究實驗，該研究將Kozak基序與翻譯過程中eif5b介導的I-E轉(zhuǎn)換聯(lián)系起來，并揭示了HOT3在葉綠體生物發(fā)生和光合作用的細胞質(zhì)翻譯控制中的功能。

文獻引用的九圃產(chǎn)品——九圃植物培養(yǎng)箱BPC500H

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-54194-1

       在該研究中，作者利用核糖體印記技術(shù)（Ribosome profiling）系統(tǒng)分析和比較了野生型和hot3-2突變體植物在營養(yǎng)生長期幼苗建立和生殖生長期花序發(fā)育這兩個涉及葉綠體活躍發(fā)育階段的核糖體占據(jù)情況，揭示了HOT3/eIF5B1促進全基因組范圍翻譯起始I-to-E轉(zhuǎn)換中的功能：

1. HOT3/eIF5B1功能缺失導致80S核糖體在TIS停滯顯著增強，表明I-to-E的轉(zhuǎn)換存在缺陷。通過比較TIS與CDS（Coding sequence）內(nèi)標準化之后的80S核糖體信號的比值，作者創(chuàng)建了rPS（relative Pausing at the Start codon）指數(shù)來定量評估不同轉(zhuǎn)錄本的I-to-E的轉(zhuǎn)換效率。

圖一. 核糖體印記分析揭示了hot3-2突變體在翻譯起始向延伸轉(zhuǎn)變中存在缺陷

2. 基于rPS指數(shù)，作者發(fā)現(xiàn)TIS處I-to-E的轉(zhuǎn)換效率在hot3-2突變體中下調(diào)二倍及以上的轉(zhuǎn)錄本表現(xiàn)明顯的-3A, +4G和+5C的Kozak基序特征。通過提取-3/+4/+5核苷酸組合，作者對擬南芥野生型中64種簡化版Kozak基序的I-to-E轉(zhuǎn)換效率進行了綜合分析，發(fā)現(xiàn)1）不同的Kozak基序表現(xiàn)差異的I-to-E轉(zhuǎn)換效率；2）最主流即對應轉(zhuǎn)錄本最多的Kozak基序往往表現(xiàn)較低的rPS指數(shù)中位數(shù)數(shù)值和高效的I-to-E轉(zhuǎn)換效率，表明可能更多的基因偏好選擇起始效率高的Kozak基序來促進自身mRNA的翻譯起始活性；3）以上趨勢在擬南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)和小麥(Triticum aestivum)中皆保守；4）-3A/+4G+5C類型是擬南芥的最佳Kozak基序，而-3G/+4G+5C是禾本科作物水稻和小麥的最佳Kozak基序，這種差異可能與水稻和小麥基因組DNA的高GC水平相關；5）三個物種的最佳Kozak基序?qū)幕蚨几缓诠夂献饔孟嚓P的細胞核編碼基因(Photosynthesis-associated nuclear genes, PhANGs)，特別是類囊體膜上光合系統(tǒng)蛋白質(zhì)的編碼基因。

圖二. 最佳的Kozak基序表現(xiàn)更高的翻譯起始效率且富集在光合系統(tǒng)編碼基因

3. HOT3/eIF5B1的功能缺失導致大部分Kozak基序類型發(fā)生不同程度I-to-E轉(zhuǎn)換效率的下調(diào)，以A/GC類型最為明顯，并進一步降低了PhANGs編碼產(chǎn)物的翻譯效率。作者利用Dual-LUC雙熒光素報告系統(tǒng)證明HOT3/eIF5B1通過依賴Kozak基序的方式促進類囊體膜上光合復合體蛋白的合成，進而參與葉綠體發(fā)育和光合作用。因此，HOT3/eIF5B1在植物中不僅僅是一個翻譯起始因子，更在調(diào)控葉綠體發(fā)育和光合作用中發(fā)揮重要功能。通過促進翻譯起始向翻譯延伸的轉(zhuǎn)換，HOT3/eIF5B1確保了光合作用相關基因的高效表達，這對于植物在自養(yǎng)條件下的生長和適應至關重要。

圖三. HOT3/eIF5B1介導的細胞質(zhì)翻譯起始參與葉綠體發(fā)育和光合作用

       綜上所述，該工作揭示了細胞核基因通過細胞質(zhì)翻譯起始調(diào)控葉綠體發(fā)育和光合作用的新機制，為合成生物學和植物分子工廠在調(diào)控元件層面的理性設計提供了新思路，也為提高作物和飼草高光效提供了新的理論基礎。未來通過優(yōu)化翻譯效率和增強光合作用能力，也許可以更好地應對氣候變化和其他環(huán)境壓力，從而提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量。

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