2022年2月9日，Genome Biology線上發表了台灣中央研究院Shu‑Hsing Wu團隊題為“An improved repertoire of splicing variants and their potential roles in Arabidopsis photomorphogenic development”的研究論文。該研究通過PacBio異構體測序（Iso-seq）發現了16,500個基因位點的30,000多個可變剪接基因模型，并揭示了由内含子保留産生的BBX剪接變體可調控拟南芥光形态發生的發育過程。
https://doi.org/10.1186/s13059-022-02620-2
光開啟了植物幼苗光形态發生的發育，使幼苗獲得光合作用的能力并獲得生存适應性。B-BOX域蛋白BBX（B-BOX DOMAIN PROTEIN）可被光誘導表達，并在光形态發生中發揮重要作用。除轉錄激活和抑制外，mRNA的可變剪接（AS）也是調控基因表達的主要方式之一。然而，傳統的短讀RNA測序技術極大地限制了全長（FL）剪接變體的準确測定，可變剪接産生的變體是否可調控光形态發生的發育過程仍不清楚。
為了解答這個問題，該研究對4小時黑暗或白光處理的4天大的黃化幼苗進行了PacBio長讀Iso-seq測序，以全面識别全長的剪接變體。研究人員發現了來自大約16,500個基因位點的30,000多個剪接變體；其中，大約有12,000個為新的基因模型。進一步分析發現，Iso-seq的大部分剪接變體與原基因的轉錄組表達一緻（Figure 1）。另外，通過和TAIR10資料庫比對，Iso-seq測序還發現了近700個基因是未注釋過的新基因。
Figure 1. 基因及其剪接變體表達的對比
可變剪接主要類型有，内含子保留IR（Intron retention）、可變供體 （altD）和可變受體（altA）位點、外顯子跳躍ES（exon skipping）、隐蔽型内含子 CI（cryptic intron）和隐蔽型外顯子CE（cryptic exon）等。該研究發現，大部分剪接變體由IR方式産生，約占34%；其次為可變供體或受體位點，約占30%。
那麼，可變剪接産生的變體是否調控了光形态發生的發育過程呢？該研究發現，參與光形态發生的212個轉錄因子TF都存在可變剪接變體。考慮到轉錄因子一般以同源或異源二聚體的形式行使調節功能，研究人員推測TF的IR變體可能與TF形成異源二聚體。利用酵母雙雜，該研究證明BBX22IR、BBX24IR、PIF3IR和PIF4IR變體可以和其相應的TF結合（Figure 2）。
Figure 2. TF的IR變體可與TF形成異源二聚體
BBX22是光形态發生的正調控因子；該研究發現，BBX22IR變體的過表達植物表現為光過敏表型，且BBX22IR可能在bbx22突變體中以同源二聚體的形式調控基因表達。另外，BBX22在黑暗或長時間光照下會降解；與此不同，BBX22IR具有很好的穩定性（Figure 3左）。
最後，該研究發現BBX24IR的過表達植物表現為短的下胚軸；表明與BBX24在光形态發生中的負調控作用相反，BBX24IR在此過程中起正調控作用（Figure 3右）。
Figure 3. BBX變體調控光形态發生的模式圖
綜上所述，該研究通過PacBio的Iso-seq測序發現了光形态發生過程中的大量基因位點存在可變剪接，并揭示了BBX22和BBX24的IR變體可調控拟南芥光形态發生的發育過程。該研究中使用的方法為日後研究可變剪接變體在發育過程中的功能、對環境變化的響應以及在相關物種中的功能多樣性，提供了新的思路和研究架構。
原文連結：
https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-022-02620-2
供稿：SCI Shi
責編：李塵
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