【读文献】杨树PdGRP1结合 PdCPD1的3‘UTR，通过微调BR的合成影响木材发育

背景知识点

• PdCPD1：Populus CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC DWARF 1 , BR合成的基因

• BR合成缺乏的突变体表型：严重的矮化

• 过表达BR的合成基因PtoDWF4 or PtrCYP85A3表型：次生木质部增多

• RBPs：RNA-binding proteins ，识别3’UTR的顺式作用元件与RNA互作，广泛参与到RNA的剪切、转运、序列编辑、胞内定位及翻译控制等多个转录后调控过程中

• GRP1：Glycine-Rich RNA-Binding Proteins 1，属于RBPs的一种，报道与BR合成过程中mRNA的稳定性有关

• cordycepin：虫草素，一种抑制RNA的转录的实验体系

实验结论

PdCPD1 is a functional BRs synthesis gene that affects xylem differentiation with a dosage effect in poplar

    通过系统发育分析，锁定杨树中的PdCPD1基因，亚细胞定位显示定位在内质网，原位杂交多在发育中的木质部和韧皮部。BR处理之后抑制PdCPD1 的表达。

    创建转基因材料：常规的CDS-OE和CDS-Ri，还有一个3'UTR-Ri

	检测PdCPD1的CDS	表型（长势，V/F，xylem）	BR level
CDS-OE	up10倍	down	很高
CDS-Ri	down	down	降低
3'UTR-Ri	up3-4倍	up	微量增高
3'UTR-OE	up	down	非常高

    通过QRT-PCR检测PdCPD1 的转录本发现，3'UTR-Ri中在UTR的转录水平下调的情况下PdCPD1的CDS是上调表达的。

【即对3UTR区域进行抑制后，延缓了mRNA的降解，使得CDS的mRNA得到上调】【插一句，在对应的Ri中，对应的是下调的，即CDS-Ri中CDS下调，UTP-Ri中UTR下调，符合RNAi的原理】。

    转基因材料的表型分析见上表，不同于常规认知的是，CDS-OE和CDS-Ri展示了一致的表型。

    为了进一步对表型进行解释，也为了进一步说明该表型是由PdCPD1 介导的BR合成的变化所引起的，作者测定了转基因材料中内源BR的水平，发现BR的含量在CDS-OE中显著增多，CDS-Ri中降低，3'UTR-Ri中微量增多。这与之前的外源施加BR对杨树幼苗的生长表型吻合，即：过高的BR和过低的BR均会抑制生长和木材形成，只有适量的BR才会起到促进作用【本文的基石】。这也可以在一定程度上解释了三种转基因材料展示的表型。

小结：PdCPD1 以一种剂量依赖的方式精确地调控BR的合成进而调控木材的形成。

PdCPD1 modulates endogenous BRs level dependant of its 3’ UTR in the poplar stem

    那么PdCPD1 基因是如何实现上述的精确调控的呢？

    基于之前的CPD基因的报道，作者围绕CPD1的3'UTR本身是否影响转录和木材形成展开探究：

    创建了过表达3UTR的转基因材料：UTR-OE，并对其进行表型分析，发现在UTR-OE植株中，CDS的转录本水平和BR水平非常高，长势缓慢，木质部降低。

    这进一步暗示，可能是PdCPD1 基因能够通过自身的3'UTR来调控自身转录，进而影响发育表型。

    讲到这里，既然讲到PdCPD1 基因的3'UTR，就要找一个调控3'UTR稳定性的上游，找谁能够结合在PdCPD1 的3'UTR上。

    有报道，RBPs通过结合3'UTR来调控mRNA的降解。其中GRP类通过结合AU-rich (ARE) and GU-rich (GRE) elements 调控靶标基因mRNA的稳定性。

    于是对PdCPD1 的3'UTR进行分析，发现有GU-rich (GRE) elements 。进一步通过RNA-EMSA结合实验，验证PdGRP1能够结合在PdCPD1 的3'UTR；并且通过luciferase实验，验证PdGRP1结合并抑制PdCPD1 的3'UTR的活性。

【即PdGRP1结合PdCPD1 的3'UTR，促进降解PdCPD1的mRNA，使得BR的合成减少？。施加BL进一步增强了降解的促进作用】，这与之前报道的OsGRP1在翻译后水平受到BR的上调是一致的。

    PdGRP1和PdCPD1 基因完全相反的转录表达模式似乎也在暗示PdGRP1对PdCPD1 的降解。

    进一步通过cordycepin处理来检测内源PdCPD1 的降解水平实验，发现PdCDP1OE-GFP 植株中，内源的PdCPD1 降解的更慢。表明3'UTR对PdCPD1 的mRNA的降解是非常重要的**。

SUMMARY

    总之，在杨树中发现BR的合成基因 PdCPD1，能够通过自身的3'UTR，来精确调控BR的合成进而影响木材的形成，这一精确调控是通过RNA结合蛋白PdGRP1结合到PdCPD1 的3'UTR上，影响PdCPD1 的mRNA的稳定性来实现的。

【即PdGRP1负调控BR的合成，PdGRP1负调控PdCPD1 ，GRP1结合在CPD1上之后，降解CPD1的mRNA，减少BR的合成。在3UTR-Ri中，过量表达的3UTR竞争性的结合GRP，使得内源的mRNA的降解减缓得以积累，提高了一点点BR的合成，促进木材形成】

• 机制很新，在林木中做的很少

• 表型能够对得上，并且能够合理地进行解释

• 参考已被报道的文献