植物作為固著生物，其生長發(fā)育和地理分布極易受到外界環(huán)境條件變化的影響，其中溫度是至關(guān)重要的因素。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，異常溫度波動嚴重影響作物的品質(zhì)和產(chǎn)量，對糧食安全帶來嚴峻挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對環(huán)境溫度變化的影響，植物進化出復(fù)雜的調(diào)控機制，涉及轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后、翻譯和翻譯后修飾等層面的調(diào)控。然而，這一過程中的翻譯調(diào)控機制目前研究仍然較少。

近日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所曹曉風(fēng)院士團隊在《科學(xué)通報》發(fā)表題為“核糖體介導(dǎo)的翻譯調(diào)控與植物環(huán)境溫度適應(yīng)”的綜述文章。文章系統(tǒng)總結(jié)了近年來植物翻譯調(diào)控及其對環(huán)境溫度響應(yīng)的研究進展，深入解析了植物在翻譯層面平衡生長發(fā)育與溫度適應(yīng)的機制，并展望了利用翻譯調(diào)控精準改良作物性狀的策略。

翻譯調(diào)控是一個復(fù)雜且多層次的過程，從而確保細胞能夠根據(jù)內(nèi)外環(huán)境的變化在不同階段精確地調(diào)控蛋白質(zhì)合成，維持細胞的正常功能。在核糖體翻譯過程中，RNA結(jié)合因子以及mRNA上的非編碼區(qū)域(例如上游開放閱讀框uORFs、RNA二級結(jié)構(gòu)和多聚腺苷酸尾巴等)通過調(diào)節(jié)核糖體翻譯效率調(diào)控植物生長發(fā)育和外界環(huán)境適應(yīng)等過程。當(dāng)翻譯過程異常停滯時，核糖體相關(guān)質(zhì)量控制(RQC)系統(tǒng)被激活，通過識別停滯的核糖體、分離核糖體亞基、泛素化降解異常新生肽鏈以及修復(fù)回收tRNAs等過程，維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)，防止錯誤蛋白積累。RQC系統(tǒng)在植物應(yīng)對溫度變化中發(fā)揮重要作用。例如，水稻中的溫敏雄性不育基因tms5通過調(diào)控RQC相關(guān)通路，影響tRNA的修復(fù)和循環(huán)，進而調(diào)控植物育性。

為應(yīng)對外界復(fù)雜環(huán)境的變化，植物需要不斷平衡生長發(fā)育和脅迫響應(yīng)基因的表達，而翻譯調(diào)控在這一過程中發(fā)揮著重要作用。隨著技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，人們對動植物翻譯的基本過程和調(diào)控機制有了更清晰的認識，這對于治療人類疾病和加速作物分子育種具有重要意義。例如，通過基因編輯技術(shù)調(diào)控uORFs的表達，從而精準控制基因的翻譯，對于改良作物具有重要應(yīng)用前景。未來，隨著更多翻譯調(diào)控元件的功能被揭示，這些發(fā)現(xiàn)將為分子育種提供新思路，助力農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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張笑凡, 王震, 周燦, 等. 核糖體介導(dǎo)的翻譯調(diào)控與植物環(huán)境溫度適應(yīng). 科學(xué)通報