RNA-Seq揭示是什么改变了你的容颜-拟南芥
引言：核糖体出核是一个非常复杂的过程，涉及rRNA的剪切加工及核糖体蛋白组装。MDN1/Rea1，作为一个和动力蛋白相关的AAA-ATPase，是真核生物中分子量最大的蛋白，首次在酵母中被鉴定出。
研究背景
在真核生物细胞中，核糖体出核是一个非常复杂的过程，涉及rRNA的剪切加工及核糖体蛋白组装。在核糖体成熟过程中，除了核糖体蛋白，一些非核糖体蛋白也发挥重要作用，例如MDN1等。MDN1/Rea1，作为一个和动力蛋白相关的AAA-ATPase，是真核生物中分子量最大的蛋白，首次在酵母中被鉴定出。迄今为止，虽然在酵母中利用结构生物学、遗传学及分子生物学技术对MDN1蛋白的功能有了初步的了解，但在人体和动植物中其功能仍然未知。
来自山东农业大学郑成超教授课题组李膨呈博士等以拟南芥dsr1突变体为材料，利用RNA-Seq对拟南芥dsr1突变体、野生型拟南芥幼苗样本进行转录组表达谱检测分析，相关结果发表在2016年Natrure 旗下的综合性科学期刊Scientific Reports（IF=5.228）上。其中，本研究中RNA-Seq检测服务由北京博奥晶典生物技术有限公司提供。
研究路线
研究结果
拟南芥突变体dsr1展现出多种发育表型，其种子发芽率明显低于野生型；幼苗的根严重变短，其长度不到野生型的一半；当生长三周时，不但根，苗相对野生型也严重发育不良；而且，在其生殖生长阶段，其株高仅为野生型的一半；其角果明显短小，其中仅有50%种子。
图注：（a）:野生型拟南芥和突变体dsr1种子发芽率比较；(b) (c)：野生型拟南芥和突变体dsr1幼苗根长度比较；(d) (e)：野生型拟南芥和突变体dsr1根和苗比较；(f) (g)：野生型拟南芥和突变体dsr1植株株高比较；(h)：野生型拟南芥和突变体dsr1角果和角果中种子比较
2、拟南芥突变体dsr1突变基因的图位克隆
通过拟南芥突变体dsr1与野生型拟南芥Col-0的回交，与野生型拟南芥 Landsberg的杂交，自花授粉等，发现dsr1为隐形突变；通过图位克隆的方法，定位到基因At1g67120(MIDASIN1/AtMDN1)。
图注：（a）：At1g67120在1号染色体上的位置及研究中用到的BAC标记；(b)： AtMDN1基因结构；(c)：不同杂交证明dsr1为隐形突变
3、植物中MDN1的同源性分析
通过拟南芥中MDN1的同源性分析，发现其在植物进化中是保守的。
图注：(a):MDN1系统发生树；(b):dsr1中Glu突变保守性分析；(c):MDN1序列同源性分析
4、AtMDN1表达模式分析
通过分析发现，AtMDN1在各种组织中都有表达，成熟种子中其表达量明显高于其他组织，苗端和根尖表达量也不低。
图注：(a)、(b)AtMDN1在各种组织中的表达情况；(c) (d) (e)：AtMDN1在幼苗、苗端和根尖中的GUS染色
5、AtMDN1功能异常影响多个生物学过程
为更进一步了解拟南芥突变体dsr1发育缺陷的机理，利用RNA-Seq分析了拟南芥突变体dsr1和野生型5天幼苗的转录组表达差异，在拟南芥突变体dsr1中共检测到367个显著上调基因，428个显著下调基因。通过对差异基因的GO富集分析，发现AtMDN1在调节植物生长和发育等多个生物学过程中发挥作用。
图注：（a）：拟南芥突变体dsr1和野生型差异基因散点图；(b)：差异基因情况；(c)：差异基因GO富集分析柱状图
6、差异基因的QPCR验证
在GO富集结果中，随机选择12个差异基因进行QPCR验证，结果显示，RNA-Seq与QPCR结果一致：
研究结论
本文首次在拟南芥中发现的dsr1突变体，对其生长发育表型进行全面分析。利用图位克隆技术确定了dsr1的表型是由MDN1极度保守的第3838位氨基酸（谷氨酸）的突变引发。最后利用RNA-seq技术分析了MDN1功能缺失所影响的转录组，初步解释了MDN1在植物发育中的作用。
Reference:
Li, Peng Cheng, et al. "TheMutation of Glu at Amino Acid 3838 of AtMDN1 Provokes Pleiotropic DevelopmentalPhenotypes in Arabidopsis." Scientific Reports 6(2016).
