叶绿体是植物细胞进行光合作用的重要场所，其作为一种半自主细胞器，拥有自身的遗传物质以及能够将这些遗传物质翻译成蛋白的“机器”-核糖体。而在原核生物及其衍生的原核型细胞器中（如叶绿体和线粒体等），核糖体的加工场所并不十分明确。
近日，山东省农业科学院农作物种质资源研究所作物优异基因高效发掘与创新利用团队在分子生物学顶级期刊《Nucleic Acids Research》（《核酸研究》IF 16.4）发表了题为“The uS10c-BPG2 module mediates ribosomal RNA processing in chloroplast nucleoids”的研究论文，揭示了叶绿体“拟核”结构参与核糖体加工的分子机制，对叶绿体中的核糖体加工机制提出了新见解，为探索“植物如何最大化光合效率”提供了新思路。
该研究发现，叶绿体中核糖体加工因子BPG2和核糖体蛋白uS10c能够在叶绿体“拟核”（原核系统中一种凝集遗传物质的无膜类核）结构中发生互作，且该互作不依赖于核糖体rRNA或“拟核”相关蛋白。在分子层面，敲除uS10c基因使BPG2蛋白无法与30S核糖体互作，导致其游离于叶绿体基质中，失去靶向“拟核”的特性。此外，BPG2和uS10c均能与16S rRNA结合，敲除uS10c或BPG2的功能可导致16S rRNA的加工发生异常。进一步研究发现，敲除uS10c或BPG2还可间接影响23S-4.5S前体rRNA的加工，说明叶绿体中30S和50S的核糖体加工在一定程度上相互关联。在生理层面，研究人员发现uS10c是一个植物界鲜有报道的单倍剂量不足基因，其杂合缺失突变体表现出叶片斑白杂色表型，且叶肉细胞中的叶绿素发生显著聚集，推测可能是一种未知的应对光合效率下降的应激反应。然而，在缺失BPG2基因的遗传背景中，uS10c的单倍剂量不足效应显著下降，该现象与“单倍剂量不足效应的环境依赖性”理论相契合。研究还发现，uS10c和BPG2功能的缺失均可引发由GUN1蛋白介导的叶绿体逆行信号响应，进而精细调控细胞核中光合作用和非生物胁迫相关基因的表达。
种质资源所为该论文第一完成单位，院作物优异基因高效发掘与创新利用创新团队李膨呈博士为通讯作者。该研究得到国家自然基金和山东省自然基金的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkae339
（撰稿：李膨呈 核稿：李娜娜）
日期：2024-05-14
