葉綠體是植物細胞進行光合作用的重要場所，其作為一種半自主細胞器，擁有自身的遺傳物質以及能夠將這些遺傳物質翻譯成蛋白的“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，山東省農業科學院農作物種質資源研究所作物優異基因高效發掘與創新利用團隊在分子生物學頂級期刊《Nucleic Acids Research》（《核酸研究》IF 16.4）發表了題為“The uS10c-BPG2 module mediates ribosomal RNA processing in chloroplast nucleoids”的研究論文，揭示了葉綠體“擬核”結構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。
該研究發現，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”（原核系統中一種凝集遺傳物質的無膜類核）結構中發生互作，且該互作不依賴于核糖體rRNA或“擬核”相關蛋白。在分子層面，敲除uS10c基因使BPG2蛋白無法與30S核糖體互作，導致其游離于葉綠體基質中，失去靶向“擬核”的特性。此外，BPG2和uS10c均能與16S rRNA結合，敲除uS10c或BPG2的功能可導致16S rRNA的加工發生異常。進一步研究發現，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聯。在生理層面，研究人員發現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出葉片斑白雜色表型，且葉肉細胞中的葉綠素發生顯著聚集，推測可能是一種未知的應對光合效率下降的應激反應。然而，在缺失BPG2基因的遺傳背景中，uS10c的單倍劑量不足效應顯著下降，該現象與“單倍劑量不足效應的環境依賴性”理論相契合。研究還發現，uS10c和BPG2功能的缺失均可引發由GUN1蛋白介導的葉綠體逆行信號響應，進而精細調控細胞核中光合作用和非生物脅迫相關基因的表達。
種質資源所為該論文第一完成單位，院作物優異基因高效發掘與創新利用創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）
日期：2024-05-14
近日，山東省農業科學院農作物種質資源研究所作物優異基因高效發掘與創新利用團隊在分子生物學頂級期刊《Nucleic Acids Research》（《核酸研究》IF 16.4）發表了題為“The uS10c-BPG2 module mediates ribosomal RNA processing in chloroplast nucleoids”的研究論文，揭示了葉綠體“擬核”結構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。
該研究發現，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”（原核系統中一種凝集遺傳物質的無膜類核）結構中發生互作，且該互作不依賴于核糖體rRNA或“擬核”相關蛋白。在分子層面，敲除uS10c基因使BPG2蛋白無法與30S核糖體互作，導致其游離于葉綠體基質中，失去靶向“擬核”的特性。此外，BPG2和uS10c均能與16S rRNA結合，敲除uS10c或BPG2的功能可導致16S rRNA的加工發生異常。進一步研究發現，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聯。在生理層面，研究人員發現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出葉片斑白雜色表型，且葉肉細胞中的葉綠素發生顯著聚集，推測可能是一種未知的應對光合效率下降的應激反應。然而，在缺失BPG2基因的遺傳背景中，uS10c的單倍劑量不足效應顯著下降，該現象與“單倍劑量不足效應的環境依賴性”理論相契合。研究還發現，uS10c和BPG2功能的缺失均可引發由GUN1蛋白介導的葉綠體逆行信號響應，進而精細調控細胞核中光合作用和非生物脅迫相關基因的表達。
種質資源所為該論文第一完成單位，院作物優異基因高效發掘與創新利用創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）
日期：2024-05-14
