上海师范大学发现一个叶绿体剪接因子及其作用机制

光合作用是地球上最重要的化学反应，几乎是所有生物赖以生存的物质和能量来源。叶绿体是光合作用的场所，其形成与发育对植物生长至关重要。叶绿体是一个半自主型细胞器，自身含基因组，其基因表达涉及转录及转录后加工等重要过程。叶绿体基因含有丰富的II型 (Group II) 内含子，其内含子剪接由大量核基因编码的蛋白因子参与调控，然而叶绿体RNA剪接的生化机制尚待进一步阐明。

JIPB近日在线发表了上海师范大学崔永兰副教授及黄伟华副研究员合作的题为“The pentatricopeptide repeat protein EMB1270 interacts with CFM2 to splice specific group II introns in Arabidopsis chloroplasts”的研究论文(https://doi.org/10.1111/jipb.13165)。该研究发现拟南芥PPR蛋白EMB1270通过直接结合其靶标RNA，并与叶绿体剪接因子CFM2蛋白发生互作的方式，特异的调控部分叶绿体II型内含子的剪接（图1）。

图1. EMB1270调控叶绿体内含子剪接

拟南芥EMB1270突变导致胚胎发育阻滞（A），部分叶绿体II型内含子不能正常剪接（B）；EMB1270含24个PPR结构域（C），在体内与其调控剪接的内含子免疫共沉淀（E），在体外其截短蛋白（EMB1270-11M）直接结合这些内含子中的预测结合序列（D，F）；EMB1270与质体剪接因子CFM2蛋白互作（G）。

该研究发现拟南芥EMB1270是一个叶绿体定位的PPR蛋白，EMB1270基因敲除突变体呈现胚胎发育阻滞及胚后白化致死表型，而其弱等位突变体呈现幼苗早期黄化后期正常生长的表型。EMB1270基因突变导致叶绿体内含子clpP1.2, ycf3.1，ndhA和ndhB剪接缺陷，这四个内含子在体内能够与EMB1270免疫共沉淀。原核表达EMB1270 蛋白N端11个PPR结构域的截短重组蛋白MBP-EMB1270-11M能够与clpP1.2, ycf3.1，ndhA内含子中预测的结合序列直接结合。已有报道clpP1.2, ycf3.1，ndhA内含子也是叶绿体剪接因子CFM2的靶标，CFM2是RNA结合蛋白CRM家族成员，并能够与clpP1.2, ycf3.1，ndhA内含子在体内结合。酵母双杂交与蛋白质免疫共沉淀分析均显示EMB1270与CFM2直接互作。EMB1270与CFM2可能分别与叶绿体内含子RNA的特异序列结合并通过蛋白互作调控内含子的空间构像，从而实现核酶的剪接功能。该研究发现了一个拟南芥叶绿体II型内含子剪接因子并揭示了其可能的作用机理，促进了对叶绿体内含子剪接机制的深入理解。

崔永兰副教授近年来致力于质体基因表达调控研究，揭示了叶绿体转录终止及转录后加工调控机制等（Zhang et al., 2015; Zhang et al., 2018）。黄伟华副研究员近年来致力植物内含子的剪接机制和叶绿体发育的研究（Huang et al., 2018；Chen et al., 2020; Zhu et al., 2020）。这篇论文进一步揭示了核编码的叶绿体蛋白在叶绿体II型内含子剪接中的重要作用。硕士生张莉和陈景丽为该论文的第一作者，崔永兰副教授和黄伟华副研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金等的资助。

参考文献：

Chen, J., Zhu, H., Huang, J., and Huang, W. (2020) A new method for functional analysis of plastid EMBRYO-DEFECTIVE PPR genes by efficiently constructing cosuppression lines in Arabidopsis. Plant Methods. 16: 154.

Zhu, Y., Wu, W., Shao, W., Chen, J., Shi, X., Ma, X., Xu, Y.Z., Huang, W., and Huang, J. (2020) SPLICING FACTOR1 is important in chloroplast development under cold stress. Plant Physiol. 184: 973-987.

Huang, W., Zhu, Y., Wu, W., Li, X., Zhang, D., Yin, P., and Huang J. (2018) The pentatricopeptide repeat protein SOT5/EMB2279 is required for plastid rpl2 and trnK intron plicing. Plant Physiol. 177: 684-697.

Zhang, Y., Cui Y.L., Zhang, X.L., Yu Q.B., Wang. X., Yuan, X.B., Qin, X.M., He, X.F., Huang, C., and Yang, Z.N. (2018) mTERF6, mediates transcription termination of rpoA polycistron for plastid-encoded RNA polymerasedependent chloroplast gene expression and chloroplast development. Sci. Rep. 8: 11929.

Zhang, H.D., Cui, Y.L., Huang, C., Yin, Q.Q., Qin, X.M., Xu, T., He, X.F., Zhang, Y., Li, Z.R., and Yang, Z.N. (2015) PPR protein PDM1/SEL1 is involved in RNA editing and splicing of plastid genes in Arabidopsis thaliana. Photosynth. Res. 126: 311-321.