Cell Reports | 上海交通大学/华南农业大学薛红卫团队发现酪蛋白激酶AELs调控植物miRNA代谢平衡的新机制

近日，上海交通大学/华南农业大学薛红卫教授团队在Cell Reports发表了题为“Phosphorylation-dependent suppression of SERRATE balances miRNA metabolism in planta”的研究论文，发现植物特有的I型酪蛋白激酶Arabidopsis EL1-like （AELs ）通过磷酸化调控Serrate（SE）蛋白的稳定性及分子互作，从而精细调控miRNA的代谢平衡，为深入理解 miRNA稳态调控的分子机制提供了新视角。

microRNA（miRNA）是真核生物中重要的基因表达调控因子，在动植物生长发育、环境适应中发挥重要作用。植物成熟miRNAs主要由Dicer-like 1（DCL1）、Hyponastic leaves 1 （HYL1）和锌指蛋白 Serrate（SE）组成的切割小体（Dicing body）加工产生。切割小体核心组分的蛋白表达水平、稳定性和活性受到严格调控，保证了miRNA代谢的动态平衡。除miRNA加工外，SE蛋白还参与了mRNA剪接、转录和RNA结构形成，并具有液-液相分离特性，但翻译后修饰如何精细调控SE功能仍未阐明。

I型酪蛋白激酶（Casein kinase 1, CK1）是真核生物一类高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在多种细胞活动和生命过程中发挥重要作用。CK1参与调控昼夜节律、囊泡运输、DNA修复、细胞周期、光信号转导以及植物激素响应等。AELs是植物特异的CK1，研究表明其在植物光形态建成、开花时间调控、细胞分裂和衰老等过程中发挥重要作用，但是AELs是否调控miRNA的合成代谢尚未可知。

高通量小RNA测序 结果显示AELs过表达材料中miRNA的表达水平下降，然而ael124突变体中miRNA表达水平上升，表明AELs参与调控miRNA的代谢过程。磷酸化蛋白质组学分析显示，AELs可能参与RNA代谢、剪接和运输等过程，SE是AELs的潜在磷酸化底物。

通过酵母双杂交、双分子荧光互补和免疫共沉淀（CoIP）实验证明AELs与SE有互作关系。磷酸化实验与质谱分析表明AELs在SE的Thr21和Ser355位点进行磷酸化修饰。遗传观察发现，mCherry-SE和mCherry-SE2A（Thr21与Ser355被突变为丙氨酸，模拟非磷酸化）可以完全恢复se-1的各种发育缺陷，但mCherry-SE2D（Thr21与Ser355被突变为天冬氨酸，模拟磷酸化）不能完全恢复se-1的发育缺陷，植株发育异常，相较于野生型植株较小且叶片形态异常，miRNA表达水平也明显低于野生型，表明SE2D在拟南芥中不能发挥正常功能。证实了AELs通过磷酸化修饰调控SE功能，进而影响miRNA的生物发生及相关靶基因表达。

AELs介导的磷酸化多方面调控SE的功能与稳定性：一方面，磷酸化修饰增强SE与PAG1的结合能力，促进其经由20S蛋白酶体途径的降解，降低细胞内的SE蛋白水平；另一方面，抑制SE与HYL1的相互作用，降低SE招募HYL1的能力进而影响miRNA切割小体的组装与功能。蛋白结构预测的分析表明，磷酸化修饰引起的分子构象改变降低了SE与HYL1的相互作用。

综上，该研究证明AELs通过磷酸化调控SE的稳定性与分子互作，进而影响miRNA加工复合体的组装与活性，在miRNA剪切加工及代谢平衡中发挥关键作用。AELs–SE–miRNA调控模块的阐明 不仅加深了对miRNA精准加工及稳态调控机制的认识，也为真核生物miRNA的代谢调控研究及作物育种提供了新思路。

AELs通过磷酸化SE蛋白调控miRNA代谢的模型示意图

上海交通大学农业与生物学院博士生郑玲丽为论文第一作者，薛红卫教授为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金的资助。

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.116367