氨基酸改变splicing
DNA分子活性比较低，它需要特定蛋白质的帮助才能完成自我复制。但反过来讲，特定的蛋白质不是无缘无故产生的，它们需要经过自然的筛选，而要通过自然选择，它们就必须能被遗传且能产生变异。然而蛋白质本身不是遗传的模板，它要由DNA编码。所以问题就是，蛋白质没有DNA就无法进化，而DNA没有蛋白质也无法进化。如果两者缺一不可，蛋白质与DNA两者谁先谁后，这类似于鸡生蛋蛋生鸡的问题。
在20世纪80年代中期，科学家有一项超凡的发现，那就是RNA可以当作催化剂。RNA分子很少形成双螺旋，它们常卷成小而复杂的形状，同时具有催化作用。这样一来RNA分子就可以打破前面的困境。在这个假设的“RNA世界”里，RNA既可以扮演DNA的角色也可扮演蛋白质的角色，它可以催化自我复制以及很多其他反应。
从现代细胞工作的角度来看，该假设是有意义的。今天的细胞里，氨基酸并不会和DNA直接接触，当细胞需要合成蛋白质时，许多基础反应都是由核酶（一种具有催化功能的RNA）催化完成的。“RNA世界”假设让整个学界为之着迷，它让生命密码的研究方向，从“DNA密码如何编码蛋白质”转向“RNA和氨基酸之间到底发生了什么”，然而至今我们仍没有明确的答案。
美国生物化学家哈德罗·莫洛维兹与分子生物学家谢利·科普利以及物理学家埃里克·史密斯假设:由成对字母组成的RNA也可以作为催化剂。他们认为双核苷酸会和氨基酸的前体结合，然后催化它们成为氨基酸。至于催化成哪一种氨基酸，则要看双核苷酸里的字母是什么。理论上第一个字母会决定氨基酸的前体，第二个字母决定反应形式。比如说，如果两个字母是UU，那么丙酮酸会先接上来，然后被转换成疏水性极强的亮氨酸。
从这里到三联密码只剩下两步了，而它们都只需要简单的字母配对即可。首先，一段较大的RNA分子和双核苷酸通过惯常的碱基配对法则配对，也就是G配C， A配U。接着氨基酸会被转移到这个较大的RNA分子上，因为分子较大，吸引力也比较大。结果就是一段RNA分子接了一个氨基酸，而氨基酸的种类取决于最初携带它的双核苷酸字母。
第二步则是将二联密码变成三联密码，配对规则不变。如果三个字母配对的效果比两个字母配对来得好（也许好处是分子间有较多空间或结合力较强），那三联密码自然会胜出。
当然整套“RNA世界”理论都还只是假说，目前也没有太多证据可以证明。但是重要的是它为解开密码起源之谜带来希望之光，从简单化学反应到三联密码诞生，看起来也有可能发生，也可以被实验检验。
贵州大学方中明研究组发现氨基酸转运蛋白可调控水稻分蘖和产量
责编 | 王一
氨基酸类有机氮营养是植物体内最重要的营养物质之一，而氨基酸转运蛋白在植物生长发育中起重要的氨基酸类营养运输作用。在我国存在作物产量依赖氮肥过大，由此带来的环境污染等问题，给农业可持续发展带来了巨大的压力。深入研究氨基酸转运蛋白在有机氮营养中对各种氨基酸的转运及对水稻农艺性状的影响，能为水稻适应不同氮肥环境并减少无机氮的依赖提供理论支撑。
近日，贵州大学农学院方中明教授研究组在Rice发表了题为The amino acid transporterOsAAP4 contributes to rice tillering and grain yield by regulating neutral amino acid allocation through two splicing variants的研究论文。该研究发现了水稻氨基酸转运家族成员OsAAP4的两种剪接体主要通过调控不同浓度的中性氨基酸分配，并通过氮代谢和激素途径正调控水稻分蘖和产量。
该研究发现，水稻氨基酸转运基因OsAAP4的启动子序列在籼稻和粳稻之间存在差异，在水稻分蘖芽和基部中基因的表达水平与籼稻、粳稻的分蘖和产量呈正相关。启动子-GUS染色表明，OsAAP4主要在侧根、分蘖芽、叶片、叶鞘、茎和穗中表达。石蜡切片实验显示，GUS活性集中在根皮层薄壁细胞，及叶鞘、叶片、茎和幼穗维管组织的木质部和韧皮部中。亚细胞定位实验表明，OsAAP4两种剪接体均定位在细胞膜及细胞核中。OsAAP4的两个不同剪接体在粳稻ZH11中过表达显著提高了水稻分蘖和产量，RNAi和突变体植株表现出相反的趋势。
Phenotypic analysis of OsAAP4 transgenic plants in the Japonica ZH11 background grown in Wuhan paddy fields.
利用高效液相色谱实验对不同阶段植株的氨基酸含量测定表明，中性氨基酸缬氨酸、脯氨酸、苏氨酸和亮氨酸发生了明显改变。进一步表明，0.5 mM的外源缬氨酸或脯氨酸显著促进过表达植株OsAAP4a的分蘖芽伸长，而2.0mM的外源缬氨酸或脯氨酸则显著促进过表达植株OsAAP4b的分蘖芽伸长。另外，原生质体-荧光氨基酸吸收的结果表明，不同浓度的缬氨酸和脯氨酸在这些过表达植株中特异性地运输和积累。转录组分析进一步表明，OsAAP4表达量改变可以通过影响氮素的运输和代谢，以及生长素、细胞分裂素等激素途径调控水稻分蘖。
这一研究不仅解析了有机氮营养中氨基酸在水稻生长发育中的调控作用，还为水稻在不同有机氮环境及粳稻高产优质育种实践中提供可用的基因资源。
该研究由贵州大学农学院方中明实验室完成。方中明教授为论文的第一作者及通讯作者，其指导的硕士研究生吴博文为论文的共同第一作者。该项目得到了国家自然科学基金、贵州省“千人创新创业人才计划”、贵州省科技拔尖人才项目、广东省应用植物学重点实验室开放课题及国家重点研发计划项目的支持。
据悉，方中明教授团队对水稻氨基酸转运蛋白的调控进行了较为深入的研究，带领团队成员吴博文、汪杰、吕凯等曾先后解析了碱性氨基酸转运蛋白OsAAP3负调控水稻分蘖和氮利用效率（Lu et al., Plant Biotechnology Journal, 2018）、碱性及中性氨基酸转运蛋白OsAAP5负调控水稻分蘖和单株产量 (Wang et al., Plant Physiology, 2019)、中性氨基酸转运蛋白OsAAP1正调控水稻分蘖（Ji et al., Journal of Experimental Botany, 2020），对有机氮营养中氨基酸及其氨基酸转运蛋白差异性调控水稻农艺性状及氮利用效率做出了贡献。
原文链接：
https://doi.org/10.1186/s12284-020-00446-9
贵州大学方中明研究组发现氨基酸转运蛋白可调控水稻分蘖和产量
四种DNA字母要编码20种氨基酸。绝不可能是一对一编码，也不可能是二对一编码，因为两个字母最多只能组成16种组合（4×4）。因此，最低要求是三个字母，也就是DNA序列里面最少要有三个字母对应到一个氨基酸，被称为三联密码，后来被克里克和西德尼·布伦纳证实。
但是这样看起来似乎很浪费，因为用四种字母组成三联密码，总共可以有64种组合（4×4×4），这样应该可以编码64个不同的氨基酸，那为什么只有20种氨基酸呢？一定有一个神奇的答案来解释为什么4种字母，3个一组，拼成64个单词，然后编码20种氨基酸。
1952年，沃森就曾写信告诉克里克：“DNA合成信使RNA（mRNA）， mRNA合成蛋白质。”克里克开始研究这一小段mRNA的字母序列，如何翻译成蛋白质里面的氨基酸序列。他认为mRNA可能需要一系列“适配器”来帮助完成翻译，每一个适配器都负责携带一个氨基酸。当然每一个适配器一定也是RNA，而且都带有一段“反密码子”序列，这样才能和mRNA序列上的密码子配对。
适配器分子也由RNA分子组成。它们现在叫作“转运RNA”或tRNA。现在整个工程变得有点像乐高积木，一块块积木接上来又掉下去，一切顺利的话，它们就会这样一个接一个地搭成精彩万分的聚合物。
随着实验技术进步而且越来越精密，在20世纪60年代中期许多实验室陆续解开了序列密码。然而经过一连串不懈的译码工作后，大自然却好像随兴地给了个潦草结尾，让人既困惑又扫兴。遗传密码子的安排一点也不具创意，只不过“简并”了（意思就是说，冗余）。有三种氨基酸可对应六组密码子，其他的则各对应一到两组密码子。每组密码子都有意义，还有三组的意思是“在此停止”，剩下的每一组都对应一个氨基酸。这看起来既没规则也不美，根本就是“美是科学真理的指南”这句话的最佳反证。甚至，我们也找不出任何结构上的原因来解释密码排列，不同的氨基酸与其对应的密码之间似乎并没有任何物理或化学的关联。
克里克称这套让人失望的密码系统为“冻结的偶然”，而大部分人也只能点头同意。他说这个结果是冻结的，因为任何解冻（试图去改变密码对应的氨基酸）都会造成严重的后果。一个点突变也许只会改变几个氨基酸，而改变密码系统本身却会从上到下造成天大灾难。就好似前者只是一本书里无心的笔误，并不会改变整本书的意义，然而后者却将全部的字母转换成毫无意义的乱码。克里克说，密码一旦被刻印在石板上，任何想改动它的企图都会被处以死刑。这个观点至今仍有许多生物学家认同。
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