Genomweite Kartierung des alternativen Spleißens in Arabidopsis thaliana

Alternatives Spleißen kann die Plastizität des Transkriptoms und die Diversität des Proteoms erhöhen. Bei Pflanzen kann sich alternatives Spleißen in verschiedenen Entwicklungsstadien manifestieren und ist häufig mit spezifischen Gewebetypen oder Umweltbedingungen wie abiotischem Stress assoziiert. Wir kartierten das Transkriptom von Arabidopsis mit Einzelbasenauflösung unter Verwendung der Illumina-Plattform für Ultrahochdurchsatz-RNA-Sequenzierung (RNA-seq). Eine tiefe Transkriptomsequenzierung bestätigte den Großteil der annotierten Introns und identifizierte Tausende neuartiger alternativ gespleißter mRNA-Isoformen. Unsere Analyse deutet darauf hin, dass mindestens etwa 42 % der intronhaltigen Gene in Arabidopsis alternativ gespleißt werden; dies ist signifikant höher als frühere Schätzungen, die auf cDNA-/Expressed-Sequence-Tag-Sequenzierung basierten. Stichprobenartige Validierungen bestätigten, dass neuartige Spleißisoformen, die durch RNA-seq empirisch vorhergesagt wurden, in vivo nachgewiesen werden können. Neuartige, durch RNA-seq detektierte Introns waren substanziell an nicht-konsensuellen terminalen Dinukleotid-Spleißsignalen angereichert. Alternative Isoformen mit vorzeitigen Stopcodons (PTCs) machten die Mehrheit der alternativ gespleißten Transkripte aus. Am Beispiel eines essenziellen Gens der circadianen Uhr zeigen wir, dass Intronretention relativ häufige PTC(+)-Isoformen erzeugen kann und dass dieses spezifische Ereignis bei verschiedenen Pflanzenarten hochkonserviert ist. Alternativ gespleißte PTC(+)-Isoformen können potenziell für den Abbau durch die Überwachungsmaschinerie des Nonsense-Mediated mRNA Decay (NMD) bestimmt sein oder die Menge funktioneller Transkripte über den Mechanismus des Regulated Unproductive Splicing and Translation (RUST) regulieren. Wir zeigen, dass die relativen Verhältnisse der PTC(+)- und Referenzisoformen für mehrere zentrale regulatorische Gene unter Behandlungen mit abiotischem Stress erheblich verschoben werden können. Zusammengenommen deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass NMD und RUST wie bei Tieren auch bei Pflanzen weit verbreitet sein könnten und wichtige Rollen bei der Regulation der Genexpression spielen dürften.