蛋白质是生物体结构与功能的基本单位，是所有生命活动的物质基础和生理功能的重要执行者。蛋白质翻译后修饰是调节蛋白质生物学功能的关键步骤之一。作为基因产物，几乎所有的蛋白质都要经过翻译后的剪切修饰才能成为成熟蛋白质。
目前已发现的蛋白质翻译后修饰形式已经多达100种以上，其中蛋白质精氨酸甲基化是一种非常重要的蛋白翻译后共价修饰，参与调控细胞的多种重要的生命过程。蛋白质精氨酸甲基化由一类被称为蛋白质精氨酸甲基转移酶（PRMT）的蛋白家族催化完成，主要分为非对称性双甲基化（I型）和对称性双甲基化（II型）。AtPRMT5是拟南芥中一个主要的II型蛋白精氨酸甲基转移酶，能够催化组蛋白和非组蛋白的对称性双甲基化，参与调控植物生长发育的各个过程，包括叶片形态、生长速率，并且通过下调开花抑制基因FLC的表达而促进开花等过程。但是目前，对于AtPRMT5参与植物生长发育的分子机制的认识还非常有限。
中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风实验室以模式植物拟南芥为材料，结合蛋白组学、转录组学和遗传学等研究手段，揭示了对称性双甲基化在mRNA前体拼接过程中的重要作用，阐释了AtPRMT5参与调控植物生长发育过程的分子机制。曹晓风研究员及其研究团队利用蛋白组学手段，鉴定了AtPRMT5的体内非组蛋白底物，其中包括一些与RNA代谢相关的蛋白。随后，他们利用高通量转录组测序技术（RNA-seq）来检测RNA代谢的变化。
研究结果表明，AtPRMT5的缺失会导致大量的mRNA前体的拼接出现异常，而这些mRNA参与植物生长发育的多个过程，如非生物刺激响应，光合作用，温度响应等。以开花时间调节为例，在atprmt5突变体中，开花调节基因FLK的异常拼接会导致其正常功能转录本的减少和蛋白水平的下降，从而造成FLC的上调以及晚花的表型。由此可知，AtPRMT5通过调控植物生命周期各个阶段中mRNA前体的正确加工，保证了植物正常的生长发育过程。
拟南芥精氨酸甲基转移酶AtPRMT5的功能研究，为AtPRMT5介导的对称性双甲基化参与调节mRNA前体拼接提供了体内的直接证据，同时为深入开展PRMT5的研究提供了全新的思路，将其功能从转录调节水平扩展到了转录后调节水平，具有重要的参考意义。
上述研究成果在线发表于国际知名期刊Proceedings of the National Academy of Sciences USA上。该论文的两位评审专家均对本研究给予了高度的评价：“作者优秀的研究工作揭示了精氨酸甲基化与mRNA前体拼接的重要关系，同时为停滞了很久的FLK基因的研究提供了一个很好的切入点”。
此项研究得到了重大研究计划、973和国家自然科学基金项目的资助。
推荐英文摘要：
PNAS doi: 10.1073/pnas.1009669107
Arginine methylation mediated by the Arabidopsis homolog of PRMT5 is essential for proper pre-mRNA splicing
Xian Denga,b,1, Lianfeng Gua,b,1, Chunyan Liua,1, Tiancong Lua,b,c,1, Falong Lua,b, Zhike Lua, Peng Cuid, Yanxi Peia,e, Baichen Wangc, Songnian Hud, and Xiaofeng Caoa,2
aState Key Laboratory of Plant Genomics and National Center for Plant Gene Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China;
bGraduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China;
cNortheast Forestry University, Harbin 150040, China;
dBeijing Institute of Genomics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China; and
eCollege of Life Science and Technology, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
Protein arginine methylation, one of the most abundant and important posttranslational modifications, is involved in a multitude of biological processes in eukaryotes, such as transcriptional regulation and RNA processing. Symmetric arginine dimethylation is required for snRNP biogenesis and is assumed to be essential for pre-mRNA splicing; however, except for in vitro evidence, whether it affects splicing in vivo remains elusive. Mutation in an Arabidopsis symmetric arginine dimethyltransferase, AtPRMT5, causes pleiotropic developmental defects, including late flowering, but the underlying molecular mechanism is largely unknown. Here we show that AtPRMT5 methylates a wide spectrum of substrates, including some RNA binding or processing factors and U snRNP AtSmD1, D3, and AtLSm4 proteins, which are involved in RNA metabolism. RNA-seq analyses reveal that AtPRMT5 deficiency causes splicing defects in hundreds of genes involved in multiple biological processes. The splicing defects are identified in transcripts of several RNA processing factors involved in regulating flowering time. In particular, splicing defects at the flowering regulator FLOWERING LOCUS KH DOMAIN (FLK) in atprmt5 mutants reduce its functional transcript and protein levels, resulting in the up-regulation of a flowering repressor FLOWERING LOCUS C (FLC) and consequently late flowering. Taken together, our findings uncover an essential role for arginine methylation in proper pre-mRNA splicing that impacts diverse developmental processes.
