JIPB | 山东农业大学卢从明教授团队揭示PPR蛋白PBF6参与叶绿体内含子剪接的机制

叶绿体是植物进行光合作用的场所, 是一个半自主细胞器, 其基因的正确表达是叶绿体正常发育的前提。叶绿体基因表达过程保留了一些原核细胞的特征, 例如一些叶绿体基因需要内含子剪接和RNA编辑等转录后加工过程才能形成成熟的mRNA。叶绿体基因组共有21个内含子, 这些内含子的正确剪接是叶绿体基因表达的重要过程, 是叶绿体发育、光合作用和植物生长发育的前提。内含子剪接需要一系列细胞核编码蛋白的参与, 其中PPR蛋白家族是一类RNA结合蛋白, 参与细胞器RNA剪接、编辑、稳定性等转录后加工过程。但是, 到目前为止, PPR蛋白参与叶绿体内含子剪接的分子机制仍不清楚。

近日, JIPB在线发表了山东农业大学卢从明教授团队题为“Uncovering the role of the PPR protein PHOTOSYSTEM ONE BIOGENESIS FACTOR6 in splicing chloroplast group II introns”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.70289)。该研究首次揭示了PPR蛋白PBF6与一系列已知剪接因子形成两个类似于核基因剪接体的剪接复合物, 从而参与多个内含子的剪接; 同时其他PPR蛋白PBF2和ECD2也独立形成两个剪接复合物, 与PBF6协同作用, 参与单个内含子的剪接。这一研究发现表明植物叶绿体中内含子剪接与真核细胞核内含子剪接具有一定保守性, 为深入理解植物叶绿体转录后调控提供了新视角。

为揭示PSI生物发生过程, 该研究筛选到了一个PSI功能缺陷的白化致死突变体pbf6 (光系统I生物发生因子6)。PBF6是一个含有22个PPR结构域、定位于叶绿体的PPR蛋白。P700氧化还原动力学、77K荧光发射光谱和PSI互补量子产量Y (I) 等研究表明PBF6缺失导致PSI功能完全丧失。温和蓝绿胶电泳和免疫印迹研究表明PBF6对PSI复合物和细胞色素b6f复合物等的积累至关重要。为深入探究PBF6影响PSI功能和积累缺失的原因, 通过RNA-seq、RT-PCR、RNA免疫沉淀 (RIP)、REMSA实验, 发现PBF6参与ycf3内含子1、clpP1内含子2以及petB、ndhA、ndhB的内含子的剪接 (图1)。

该研究首次揭示了PPR蛋白在叶绿体内含子剪接中的新机制, 为理解多剪接因子协作调控内含子剪接的复杂网络提供了新模型。未来在此基础上继续解析这些复合物的结构与动态组装过程, 有望为光合作用优化与作物改良提供理论依据。

张爱红副教授和卢从明教授为共同通讯作者, 博士研究生李萌羽、孙梦伟为该论文共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划 (2022YFF1001700, C.L.) 的资助。

JIPB 第十一期《学术新生代》特别邀请到该论文的第一作者李萌羽, 带我们走进科研一线, 讲述该研究背后的心路历程与故事。