The Plant Cell | 多个逆行信号是玉米叶绿体发育的协调因子

叶绿体能释放一些物质影响细胞核的基因表达，但这种叶绿体到细胞核的逆行信号的作用尚不清楚。为了探究逆行信号在叶片发育过程中的作用并增加对单子叶植物逆行信号的了解，近日来自美国俄勒冈大学分子生物学研究所的Alice Barkan团队在The Plant Cell杂志上在线发表了名为Correlated retrograde and developmental regulons implicate multiple retrograde signals as coordinators of chloroplast development in maize的研究论文。在这篇文章中他们分析了包括白化突变体(ppr5-1、Zm-murE-2)和褪绿突变体(Zm-ptac12-2和tha1-1)在内的四种非光合(non-photosynthetic)玉米突变体的转录组数据，并将其与正常发育的叶片转录组进行了比较。发现两个白化突变体的转录组类似于正常发育早期阶段的转录组，而两个褪绿突变体的转录组类似于较晚阶段的转录组。

ppr5-1突变体缺乏叶绿体和质体编码的蛋白质，包括质体编码的RNA聚合酶(PEP)，因而叶片白化。tha1突变体能维持正常的叶绿体基因表达，但光系统I(PSI)、光系统II(PSII)和细胞色素b/f复合物的亚基水平降低，叶片呈浅绿色。质体rRNA在两个白化突变体中检测不到，在Zm-ptac12-2突变体中减少。由于它们光合作用“缺陷”，四个突变体的幼苗都是致死的。

作者分析四种突变体和野生型转录组数据鉴定到2734个差异表达基因。根据变化的极性和突变特异性，将它们分为六大类。下调基因通常在正常发育后期表达，并富含光合作用基因；而上调基因则在早期发挥作用，并富集在叶绿体生物发生和细胞质翻译通路。

在两个白化突变体中，许多编码光合作用相关（Photosynthesis-Associated Nuclear Genes，PhANGs）的基因表达明显降低，证实了单子叶植物和真双子叶植物在逆行信号传导这一方面的保守性。作者进一步发现TOR(target-of-rapamycin)信号在缺乏质体核糖体的突变体中升高，并且在叶片正常发育过程中与质体核糖体的积累相一致。

总之，作者的结果阐述了协调植株光合作用的三个质体信号。第一个信号是通过质体核糖体激活光合作用基因。第二个信号反映光合作用抑制叶绿体生物发生基因。第三个信号是发育中的叶绿体消耗营养物质抑制TOR，促使叶片发育过程中细胞增殖终止。

原文链接:

https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koac276/6694054

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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