2024年11月14日，北京大学陈雪梅、杭润来（第一作者）联合华南农业大学尤辰江共同通讯在Nature Communications（IF=14.7）在线发表题为"HOT3/eIF5B1 confers Kozak motif-dependent translational control of photosynthesis-associated nuclear genes for chloroplast biogenesis"的研究论文。文中引用了九圃BPC500H培养箱，在九圃LED植物生长灯22℃全光谱白光下进行研究实验，该研究将Kozak基序与翻译过程中eif5b介导的I-E转换联系起来，并揭示了HOT3在叶绿体生物发生和光合作用的细胞质翻译控制中的功能。

文献引用的九圃产品——九圃植物培养箱BPC500H

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-54194-1

       在该研究中，作者利用核糖体印记技术（Ribosome profiling）系统分析和比较了野生型和hot3-2突变体植物在营养生长期幼苗建立和生殖生长期花序发育这两个涉及叶绿体活跃发育阶段的核糖体占据情况，揭示了HOT3/eIF5B1促进全基因组范围翻译起始I-to-E转换中的功能：

1. HOT3/eIF5B1功能缺失导致80S核糖体在TIS停滞显著增强，表明I-to-E的转换存在缺陷。通过比较TIS与CDS（Coding sequence）内标准化之后的80S核糖体信号的比值，作者创建了rPS（relative Pausing at the Start codon）指数来定量评估不同转录本的I-to-E的转换效率。

图一. 核糖体印记分析揭示了hot3-2突变体在翻译起始向延伸转变中存在缺陷

2. 基于rPS指数，作者发现TIS处I-to-E的转换效率在hot3-2突变体中下调二倍及以上的转录本表现明显的-3A, +4G和+5C的Kozak基序特征。通过提取-3/+4/+5核苷酸组合，作者对拟南芥野生型中64种简化版Kozak基序的I-to-E转换效率进行了综合分析，发现1）不同的Kozak基序表现差异的I-to-E转换效率；2）最主流即对应转录本最多的Kozak基序往往表现较低的rPS指数中位数数值和高效的I-to-E转换效率，表明可能更多的基因偏好选择起始效率高的Kozak基序来促进自身mRNA的翻译起始活性；3）以上趋势在拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)和小麦(Triticum aestivum)中皆保守；4）-3A/+4G+5C类型是拟南芥的最佳Kozak基序，而-3G/+4G+5C是禾本科作物水稻和小麦的最佳Kozak基序，这种差异可能与水稻和小麦基因组DNA的高GC水平相关；5）三个物种的最佳Kozak基序对应的基因都富含在光合作用相关的细胞核编码基因(Photosynthesis-associated nuclear genes, PhANGs)，特别是类囊体膜上光合系统蛋白质的编码基因。

图二. 最佳的Kozak基序表现更高的翻译起始效率且富集在光合系统编码基因

3. HOT3/eIF5B1的功能缺失导致大部分Kozak基序类型发生不同程度I-to-E转换效率的下调，以A/GC类型最为明显，并进一步降低了PhANGs编码产物的翻译效率。作者利用Dual-LUC双荧光素报告系统证明HOT3/eIF5B1通过依赖Kozak基序的方式促进类囊体膜上光合复合体蛋白的合成，进而参与叶绿体发育和光合作用。因此，HOT3/eIF5B1在植物中不仅仅是一个翻译起始因子，更在调控叶绿体发育和光合作用中发挥重要功能。通过促进翻译起始向翻译延伸的转换，HOT3/eIF5B1确保了光合作用相关基因的高效表达，这对于植物在自养条件下的生长和适应至关重要。

图三. HOT3/eIF5B1介导的细胞质翻译起始参与叶绿体发育和光合作用

       综上所述，该工作揭示了细胞核基因通过细胞质翻译起始调控叶绿体发育和光合作用的新机制，为合成生物学和植物分子工厂在调控元件层面的理性设计提供了新思路，也为提高作物和饲草高光效提供了新的理论基础。未来通过优化翻译效率和增强光合作用能力，也许可以更好地应对气候变化和其他环境压力，从而提高作物产量和质量。

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