葉綠體是植物細(xì)胞進行光合作用的重要場所，其作為一種半自主細(xì)胞器，擁有自身的遺傳物質(zhì)以及能夠?qū)⑦@些遺傳物質(zhì)翻譯成蛋白的“機器”-核糖體。而在原核生物及其衍生的原核型細(xì)胞器中（如葉綠體和線粒體等），核糖體的加工場所并不十分明確。

 

　　近日，山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物種質(zhì)資源研究所作物優(yōu)異基因高效發(fā)掘與創(chuàng)新利用團隊在分子生物學(xué)頂級期刊《Nucleic Acids Research》（《核酸研究》IF 16.4）發(fā)表了題為“The uS10c-BPG2 module mediates ribosomal RNA processing in chloroplast nucleoids”的研究論文，揭示了葉綠體“擬核”結(jié)構(gòu)參與核糖體加工的分子機制，對葉綠體中的核糖體加工機制提出了新見解，為探索“植物如何最大化光合效率”提供了新思路。

 

　　該研究發(fā)現(xiàn)，葉綠體中核糖體加工因子BPG2和核糖體蛋白uS10c能夠在葉綠體“擬核”（原核系統(tǒng)中一種凝集遺傳物質(zhì)的無膜類核）結(jié)構(gòu)中發(fā)生互作，且該互作不依賴于核糖體rRNA或“擬核”相關(guān)蛋白。在分子層面，敲除uS10c基因使BPG2蛋白無法與30S核糖體互作，導(dǎo)致其游離于葉綠體基質(zhì)中，失去靶向“擬核”的特性。此外，BPG2和uS10c均能與16S rRNA結(jié)合，敲除uS10c或BPG2的功能可導(dǎo)致16S rRNA的加工發(fā)生異常。進一步研究發(fā)現(xiàn)，敲除uS10c或BPG2還可間接影響23S-4.5S前體rRNA的加工，說明葉綠體中30S和50S的核糖體加工在一定程度上相互關(guān)聯(lián)。在生理層面，研究人員發(fā)現(xiàn)uS10c是一個植物界鮮有報道的單倍劑量不足基因，其雜合缺失突變體表現(xiàn)出葉片斑白雜色表型，且葉肉細(xì)胞中的葉綠素發(fā)生顯著聚集，推測可能是一種未知的應(yīng)對光合效率下降的應(yīng)激反應(yīng)。然而，在缺失BPG2基因的遺傳背景中，uS10c的單倍劑量不足效應(yīng)顯著下降，該現(xiàn)象與“單倍劑量不足效應(yīng)的環(huán)境依賴性”理論相契合。研究還發(fā)現(xiàn)，uS10c和BPG2功能的缺失均可引發(fā)由GUN1蛋白介導(dǎo)的葉綠體逆行信號響應(yīng)，進而精細(xì)調(diào)控細(xì)胞核中光合作用和非生物脅迫相關(guān)基因的表達。

 

　　種質(zhì)資源所為該論文第一完成單位，院作物優(yōu)異基因高效發(fā)掘與創(chuàng)新利用創(chuàng)新團隊李膨呈博士為通訊作者。該研究得到國家自然基金和山東省自然基金的支持。

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1093/nar/gkae339

 

　　（撰稿：李膨呈  核稿：李娜娜）