Plant Cell | 北京大學現代農業研究院唐雨課題組發現植物核孔復合體新組分參與mRNA輸出和基因表達調控

核孔復合體(nuclear pore complex, NPC) 是真核生物細胞中鑲嵌在雙層的核膜上的最大最復雜的結構；而核籃是核孔復合體的關鍵外周結構，其在真核生物mRNA監測與出核運輸、染色質組織及基因表達調控中發揮著重要作用。然而，人們對植物NPC的組成、結構和功能的認知處于很大空白，仍有待深入探索。

近日，北京大學現代農業研究院唐雨課題組在國際知名學術期刊The Plant Cell在線發表題為NUP50c defines a conserved nuclear basket module with NUP82 and NUP136 to mediate mRNA export and gene regulation in plants的研究，揭示了植物核孔復合體核藍模塊NUP50c-NUP82-NUP136參與mRNA輸出和基因表達從而影響植物生長和脅迫響應的分子機制，為理解植物核孔復合體的結構和功能提供了重要線索。

本項目前期研究鑒定到一個植物核孔復合體新組分NUP50c。通過進化分析與蛋白定位實驗，發現NUP50c與已報道的核內定位同源蛋白NUP50a/b不同，特異性定位于核膜區域，由此證實植物中存在定位特征迥異的兩類NUP50蛋白（圖1A-C）。進一步通過AlphaFold-Multimer結構預測結合酵母雙雜交實驗，發現NUP50c中保守的螺旋結構域與核籃組分NUP82-C端的兩個β-折疊片層存在強物理相互作用（圖1D-E）。體內外實驗共同證實NUP50c-NUP82-NUP136形成的三元復合物在植物物種間包括作物番茄和水稻中具有保守性，暗示該核籃模塊功能的重要進化意義。

圖1 植物核藍新模塊NUP50c-NUP82-NUP136

研究團隊在擬南芥中獲得的核籃組分突變體表現出顯著的生長發育缺陷：植株矮化、育性降低及花粉發育異常。通過Poly(A)+ RNA原位雜交實驗發現，該核籃模塊功能缺失導致mRNA核質運輸受阻（圖2A-D）；轉錄組測序分析進一步顯示突變體中脅迫響應基因表達上調、發育相關基因表達下調。這些結果共同闡明NUP50c-NUP82-NUP136模塊通過協調mRNA出核運輸與基因表達調控，參與植物生長發育與脅迫應答的多重生物學過程（圖2E）。

圖2 植物核藍模塊NUP50c-NUP82-NUP136共同參與mRNA輸出和基因表達調控來協調植物生長發育和脅迫響應過程

綜上所述，該研究不僅發現了植物核孔復合體新組分及其構成的核籃新模塊，還初步揭示了該模塊的關鍵生物學功能，為深入解析植物核孔復合體的分子機制提供了新的突破口，也為進一步探索核孔復合體的生理功能奠定了堅實基礎。

北京大學現代農業研究院唐雨研究員為通訊作者，前科研助理楊向蕓（現為上海交通大學博士生）為該論文第一作者。此外，課題組的助理研究員馬應堂、劉曉，科研助理耿冰月，廣西民族大學的廖洪澤老師和聯合培養學生孫佳星、劉彥，加州大學伯克利分校的谷楊楠教授也為本文做出了重要貢獻。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koaf260