植物mRNA前体加工因子如何协调转录终止与共转录切割的分子机制

本研究通过单分子新生RNA测序技术，系统解析了拟南芥中14种mRNA前体加工因子突变体对共转录切割和转录终止协调调控的分子机制。研究发现CPSF和CstF复合体核心组分通过促进切割和终止双重作用促进AtXRN3外切酶活性；BORDER蛋白通过抑制切割同时促进终止的独特调控模式；首次揭示FPA特异性促进切割产物的终止过程。该研究为理解真核生物转录终止的分子机制提供了重要理论依据。

　　

在真核生物基因表达过程中，转录终止的精确调控对维持基因组稳定性和mRNA正常功能至关重要。然而，共转录切割与转录终止这两个紧密关联的过程如何协调，一直是分子生物学领域的未解之谜。传统研究方法难以捕捉这些瞬时事件，特别是对于植物系统，相关调控机制的认识更为有限。

南方科技大学生命科学学院植物遗传工程与分子设计深圳市重点实验室的研究团队在《Nature Communications》发表重要成果。研究人员创新性地应用FLEP-seq（全长延伸和多聚腺苷酸化RNA测序）技术，通过对拟南芥14种mRNA前体加工因子突变体的系统分析，首次在单分子水平揭示了不同加工因子对共转录切割和转录终止的差异化调控机制。

研究主要采用以下关键技术：1）建立FLEP-seq方法捕获新生RNA单分子信息；2）构建14种关键加工因子突变体（包括CPSF、CstF复合体组分等）；3）开发终止窗口（TW）和切割指数（CI）定量分析方法；4）利用纳米孔长读长测序同时分析切割状态和通读距离。

研究结果主要包括：

关键mRNA前体加工因子对转录终止的全局影响

通过终止窗口分析发现，CPSF和CstF复合体核心组分（如FY、CPSF30、FIP1等）显著促进转录终止。其中cpsf100突变体导致140个基因终止窗口显著延长，而paps1突变体也表现出类似表型，揭示PAPS1在终止中的关键作用。

单分子水平共转录切割活性的定量分析

创新性提出切割指数（CI）概念，发现CPSF100、FY等因子促进切割活性（CI降低），而BDR蛋白则抑制切割（CI升高）。特别值得注意的是，ssu72突变对切割活性影响甚微，推翻了体外实验的预期。

全长和切割通读转录本的不同调控模式

将通读转录本分为全长和3'切割产物两类分析发现，BDR蛋白和SSU72主要调控全长转录本终止，而AtXRN3和FPA特异性影响3'切割产物的降解。首次揭示FPA通过促进AtXRN3对3'切割产物的降解来调控终止。

共转录切割与转录终止的相互作用

相关性分析显示，CPSF100、CstF64等因子通过促进切割间接调控终止（负相关），而AtXRN3突变导致终止缺陷却不影响切割，证实"鱼雷"模型在植物中的适用性。

CstF复合体在tRNA基因上游的终止调控

发现CstF64和CstF77对tRNA基因上游的锐利终止模式至关重要，突变会导致通读转录增加和poly(A)位点使用偏移。

这项研究系统阐明了不同mRNA前体加工因子在协调共转录切割和转录终止中的差异化作用，提出了植物特异的调控网络模型。特别是发现BDR蛋白通过独特"抑制切割-促进终止"的双重调控机制，以及FPA特异性调控切割产物终止的新功能，为理解真核生物转录终止的分子机制提供了全新视角。技术方法上，建立的FLEP-seq和CI定量分析策略为相关研究提供了重要工具。这些发现不仅深化了对植物基因表达调控的认识，也为作物遗传改良提供了理论依据。