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翻译是核糖体将mRNA所携带的遗传信息转换为蛋白质的过程,包含翻译起始、翻译延伸和翻译终止三个步骤。翻译起始是43S起始前复合物(PIC)通过扫描机制寻找起始密码子AUG并在此启动蛋白质合成的过程,是调控蛋白合成效率进而调节蛋白丰度的关键步骤。在动物细胞中,已有的研究表明:翻译起始在优化背景——Kozak序列存在时效率最高而且不受翻译起始因子eIF1的调控;而在非优化背景下,其起始效率变低并受到翻译起始因子eIF1的负调控。不像其它细胞,被子植物(Angiosperms)的精细胞并不独立存在,而是包含于营养细胞之中。这种特殊的“细胞包含细胞”的结构是否会使得精细胞有异于普通细胞的翻译起始调控机制?这个问题目前并未被研究过。本研究利用模式植物拟南芥(Arabidopsisthaliana)调查了如下4个问题:(1)精细胞mRNA在起始密码子AUG附近的核苷酸组成有无特殊性?(2)精细胞中的翻译起始效率是否受到起始密码子AUG附近核苷酸序列的影响?如果影响,是受AUG上游还是AUG下游核苷酸序列的影响?(3)AUG附近核苷酸序列中的“热点”是否调控翻译起始的效率?(4)翻译起始因子eIF1在精细胞中是否影响翻译起始的效率?对这些问题的研究使我们获得了如下结果:(1)精细胞mRNA在起始密码子AUG附近的核苷酸组成并无特殊性。通过分析1000个精细胞中及1000个一号染色体上基因的mRNA序列,我们发现,两者在AUG上下游的15～18个核苷酸都偏向为A,其出现的概率大约都在30%左右,U次之,而C出现的概率最低,约为18%。其中,-1～-4位,A出现的概率最高,为42%～50%;同时,+4位偏向性呈现为G,出现概率大约为57%。(2)精细胞中的翻译起始效率显著地受到起始密码子AUG上游核苷酸序列的影响,而较小地受到AUG下游核苷酸序列的影响。通过构建不同核苷酸背景且精细胞特异表达的融合基因,我们观察到:当AUG上游18个核苷酸序列为最优序列时,其翻译起始的效率是最差核苷酸背景下的9倍;同时,当AUG下游15个核苷酸序列为最优序列时,其翻译起始的效率是最差核苷酸背景下的2倍。这些结果首先表明精细胞中起始密码子AUG附近的核苷酸序列能显著影响翻译起始的效率,且这种影响主要归因于AUG上游序列。(3)热点核苷酸在翻译起始效率中扮演关键的角色。在最差核苷酸背景下,当-1～-4位的核苷酸突变为A时,翻译起始效率显著提高,为上游最优背景下效率的79%。这表明-1～-4位的热点在翻译起始调控中发挥重要作用。在普通核苷酸背景下(AUG上下游核苷酸整体序列未经过人为突变),当-1～-4位的核苷酸突变为A时,翻译起始效率是-1～-4位核苷酸突变为低频核苷酸时效率的4倍,这也进一步说明了-1～-4位的热点在翻译起始调控中起重要的作用。(4)翻译起始因子eIF1在精细胞中并不影响翻译起始的效率。通过单精细胞RT-PCR,我们分离到精细胞表达的ateIF1。在最差核苷酸背景下,无论是过表达ateIF1还是敲降ateIF1,翻译起始效率都不受影响。这一结果暗示在精细胞中翻译起始因子eIF1并不影响翻译起始的效率。这些研究结果首次揭示了被子植物精细胞中AUG上游核苷酸序列能够显著影响翻译起始的效率,且这种影响主要归因于-1～-4位的核苷酸;同时,翻译起始因子eIF1在精细胞中并不参与翻译起始的调控,对于我们在细胞学水平上理解精细胞的发育提供了新的知识。