Plant Physiology | 武汉大学赵洁课题组揭示PPR蛋白AES调控叶绿体RNA剪切加工的新机制

以下文章来源于植物生理PlantPhysiol ，作者PP

叶绿体是植物光合作用的重要器官，为植物生长发育提供了重要的能量来源。叶绿体含有独立的一套基因组，其编码的蛋白主要涉及叶绿体基因的转录和翻译机制，以及作为光合系统I（PSI）、光合系统II（PSII）、细胞色素b6f复合体（Cyt b6f）和ATP合酶（ATPase）等的关键亚基。

由于叶绿体进化过程中丢失了大量的基因组，叶绿体基因的加工通常需要核基因编码的蛋白共同参与，“内共生”起源学说认为叶绿体起源于原核生物蓝藻，原核生物中具有大量的多顺反子转录单元，因而叶绿体基因也具有蓝藻基因的转录和翻译机制。PPR蛋白是植物中庞大的基因家族，广泛参与细胞器基因转录后修饰，对细胞器的生长发育起到极为重要的调控作用。

近日，武汉大学赵洁教授研究团队在Plant Physiology杂志在线发表了题为“ALBINO EMBRYO AND SEEDLING is required for RNA splicing and chloroplast homeostasis in Arabidopsis”的研究论文，阐明了拟南芥PPR蛋白AES通过结合叶绿体转录本前体来调控其RNA的剪切，进而影响光合系统的完整性，以保持植物叶绿体发育的稳定性。

该项研究发现，突变体aes幼苗黄化致死，其叶绿素含量和光合效率均较野生型显著下降，亚细胞定位表明AES定位于叶绿体拟核，且属于叶绿体基质蛋白。叶绿体超微结构显示aes突变体中类囊体膜结构崩塌，western和BN-PAGE检测发现突变PSI、PSII和Cyt b6f复合体受损。AES编码一个P-type PPR蛋白，其突变导致叶绿体中PEP（plastid‐encoded polymerase）依赖性基因转录本水平显著下降，并且导致group II内含子基因剪切异常。

拟南芥AES为细胞核编码的叶绿体蛋白，其蛋白前体通过叶绿体膜上的TOC-TIC通道进入叶绿体，并依赖于cpSRP54-cpSRP43复合体被运输至叶绿体基质目的区域发挥功能。研究揭示定位于叶绿体基质中的AES蛋白可能作为PEP复合体成员来调控叶绿体基因的转录，并与ClpC1和ClpC2分子伴侣互作来调控叶绿体前体蛋白的运输以及维持叶绿体的稳态。利用RIP-seq和EMSA技术发现AES主要通过直接结合至五顺反子psbB-psbT-psbH-petB-petD和rps8-rpl36基因区间、以及ycf3、ndhA和clpP内含子上，影响叶绿体转录本前体的剪切。AES能结合至ndhA转录本，并可能招募SOT1和CAF1共同参与ndhA基因的加工；此外，AES可能与CAF1互作影响petD内含子的剪切效率。一旦AES缺失，引起psbB操纵子、ycf3和ndhA基因剪切异常，进而影响PSI、PSII和Cyt b6f复合体的完整性，导致光合系统膜的缺陷，最终引起拟南芥叶绿体发育异常而使幼苗黄化致死。综上所述，该研究首次发现AES结合psbB-psbT基因区间并影响RNA剪切功能。

图 拟南芥AES参与RNA剪切以维持叶绿体发育的工作模式

武汉大学生命科学学院在读博士生安红强为该论文的第一作者；武汉大学生命科学学院赵洁教授为论文的通讯作者；武汉大学生命科学学院柯小龙、李璐、刘妍彤、袁私会等研究生参与了该项研究；武汉大学生命科学学院侯昕教授及王秋雨研究生也参与了该项研究。华中农业大学殷平教授和闫俊杰教授对该研究提供了宝贵的建议和指导；该研究获得了国家自然科学基金（32170337、31870303）的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiad341

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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