葉綠體翻譯是高等植物基因表達(dá)調(diào)控的關(guān)鍵步驟，對植物的生長發(fā)育至關(guān)重要。葉綠體作為由古藍(lán)細(xì)菌通過內(nèi)共生演化而來的半自主性細(xì)胞器，其翻譯機制雖保留原核生物的基本特征，卻更為復(fù)雜，許多調(diào)控機制尚未被闡明。與原核生物中的同源蛋白相比，許多葉綠體核糖體蛋白具有末端延伸結(jié)構(gòu)，推測其參與基因表達(dá)調(diào)控，然而具體的分子機制目前尚不明確。

近日，Journal of Genetics and Genomics在線發(fā)表武漢大學(xué)侯昕教授團(tuán)隊題為“

Ribosomal protein bL31c interacts with translation elongation factor RAB8D to regulate chloroplast translation elongation and PSI-LHCI-LHCII assembly in Arabidopsis

該研究通過序列比對發(fā)現(xiàn)，擬南芥葉綠體核糖體蛋白bL31c與其藍(lán)細(xì)菌同源蛋白相比具有C端延伸，提示其在植物中可能具有調(diào)控基因表達(dá)的作用。該基因敲除導(dǎo)致胚胎致死，而降低該基因表達(dá)則引起bl31c突變體黃化且生物量下降。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，bl31c光系統(tǒng)功能失衡：PSII光合效率顯著降低，PSI最大氧化能力顯著降低，但Y(I)參數(shù)與野生型保持一致。對光系統(tǒng)復(fù)合體的分析表明，bl31c通過積累PSI-LHCI-LHCII超級復(fù)合體的方式調(diào)節(jié)PSI與PSII的功能。轉(zhuǎn)錄組、翻譯組與蛋白組聯(lián)合分析顯示，bl31c中質(zhì)體編碼基因的翻譯水平普遍下調(diào)，其中PSI組分的下調(diào)最為顯著。研究還發(fā)現(xiàn)，bL31c與葉綠體翻譯延伸因子RAB8D (EF-Tu同源蛋白)互作，該機制在藍(lán)細(xì)菌中保守，但在大腸桿菌中不保守。值得注意的是，rab8d與bl31c突變體表型相似，均表現(xiàn)為葉片黃化、生物量降低、光系統(tǒng)功能失衡及PSI-LHCI-LHCII超級復(fù)合體過量積累。隨后，研究團(tuán)隊用氯霉素處理野生型擬南芥抑制葉綠體翻譯延伸，結(jié)果顯示處理組植株出現(xiàn)PSI-LHCI-LHCII超級復(fù)合體積累等類似rab8d與bl31c突變體的表型，從而支持“葉綠體翻譯延伸缺陷導(dǎo)致PSI-LHCI-LHCII超級復(fù)合體積累”的結(jié)論。

葉綠體核糖體蛋白bL31c作用模式圖

綜上所述，該研究發(fā)現(xiàn)葉綠體核糖體蛋白bL31c通過與延伸因子RAB8D互作參與葉綠體翻譯延伸，該機制在藍(lán)細(xì)菌中保守，但在大腸桿菌中不保守。

作者簡介

武漢大學(xué)王玉坤博士為該論文第一作者，侯昕教授為通訊作者。相關(guān)工作得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金等項目資助。