Plant Com | 万建民院士团队在叶绿体发育调控上取得重要进展

2022年7月14日， Plant Communications在线发表了南京农业大学万建民院士团队题为Tetrapyrrole biosynthesis pathway regulates plastid-to-nucleus signaling through controlling plastid gene expression in plants 的研究论文，该研究揭示了早期质体发育中两种逆行信号（分别由质体基因表达（Plastid gene expression, PGE）介导和四吡咯生物合成（Tetrapyrrole biosynthesis, TPB）介导）之间的关系。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2022.100411

叶绿体是一种半自主的细胞器，其正常发育需要核基因组和叶绿体基因组的高度协同。这种协同由两类信号控制：从细胞核传导到叶绿体调控质体基因表达的正向信号；从质体发出调控细胞核基因表达的逆行信号。前人研究鉴定出PGE介导的逆行信号和TPB介导的逆行信号这两种早期质体发育的逆行信号，但不清楚两者之间的关系。

作者创制了一系列水稻TPB相关逆行信号突变体（genome-uncoupled， gun），系统分析了其在达草灭（Norflurazon，NF，类胡萝卜素生物合成的非竞争性抑制剂）和林可霉素（Lincomycin, Lin, 质体翻译抑制剂）处理下核编码光合相关基因（PhANGs）和质体编码基因的表达。

在NF处理下，依赖质体编码RNA聚合酶（PEP）转录的基因，其表达在野生型中显著受到抑制，而在TPB相关gun突变体中表达不受抑制。进一步研究发现这种现象是由多种因素导致的，包括PEP核心亚基表达增加、核编码Sigma因子的表达增加以及质体基因组拷贝数增加等。NF或Lin处理下水稻TPB相关gun突变体中PhANGs和PEP转录基因的表达呈正相关关系。作者在拟南芥TPB相关的突变体中也观察到这种现象。该研究还发现PEP转录基因的表达对TPB相关突变体的gun表型是必须的。综上，TPB相关的逆行信号通过调控PGE介导的逆行信号，实现核基因组和质体基因组的协同，维持叶绿体的发育以及植物的正常生长。该研究为质体逆行信号分子的寻找提供了新思路。

南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室为第一完成单位，南京农业大学万建民院士和中国农业科学院王海洋教授为本论文的共同通讯作者，南京农业大学王云龙博士后、王益华教授和朱小品博士为本文的共同第一作者，中国农业科学院作物科学研究所任玉龙研究员参与了该项研究。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省农业科技自主创新资金项目、江苏省自然科学基金等项目的支持。

转自：植物科学SCI

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