新型质体16S rRNA甲基转移酶——该蛋白的水解使植物对氧化胁迫具有可塑性
批准号:
32070296
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
Keun Pyo Lee
依托单位:
学科分类:
植物与环境互作
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
Keun Pyo Lee
中文摘要
与蛋白质在细胞质和线粒体中的翻译类似,蛋白质在质体中的翻译对植物的生存及发育同样至关重要。在响应细胞内外环境因素的过程中,叶绿体内核糖体承载着调控翻译叶绿体编码蛋白的功能,这在很大程度上影响了光合效率和产量。因此,阐明在适应不断变化的外界环境过程中叶绿体编码蛋白质翻译的调控机制将有助于农业发展。最近,我们鉴定了一种对植物抵抗叶绿体胁迫至关重要的叶绿体蛋白翻译调谐子。首先,该调谐子编码了一种新型叶绿体甲基转移酶,RSMD-携带甲基转移酶(cpRCMT),它能催化16S核糖体RNA(rRNA)甲基化;其次,叶绿体胁迫导致的活性氧(ROS)水平升高能够降低 cpRCMT 蛋白的稳定性,从而导致叶绿体编码蛋白翻译效率的降低;最后,cpRCMT 蛋白的翻译后氧化性修饰可能会促进 cpRCMT 蛋白的周转。我们研究的主要目的是探究 cpRCMT 介导的叶绿体编码蛋白的翻译过程响应环境变化的分子基础。
英文摘要
Plastidial translation is crucial for plant viability and development, similarly to cytosolic and mitochondrial translation. The chloroplast ribosome provides a platform in regulating chloroplast gene translation towards internal and external cues, which significantly affects photosynthetic efficiency and yield. Therefore, deciphering the regulatory mechanism of chloroplast translation to ever-changing environmental conditions would enable agricultural advances. Recently, we reveal an essential modulator of chloroplast translation, which is likely to be required in plant resilience to chloroplast stress. Firstly, the modulator encodes a novel chloroplast methyltransferase, dubbed as chloroplast RSMD-carrying methyltransferase (cpRCMT), catalyzing the 16S ribosomal RNA (rRNA) methylation. Secondly, the chloroplast stress, enhancing the levels of reactive oxygen species (ROS), negatively regulates the cpRCMT stability, resulting in the reduced chloroplast translation. Last but not least, the cpRCMT undergoes oxidative post-translational modification, which may facilitate cpRCMT turnover. The central aim of our study is to understand the molecular basis of the cpRCMT-mediated chloroplast translation in response to environmental changes. Ultimately, we expect that outputs from this project will contribute to the development of agricultural innovation.
叶绿体核糖体的组装是一个复杂的过程,涉及多种调控因子,这些因子在核糖体蛋白的组装、折叠和成熟以及核糖体RNA(rRNA)的各种化学修饰中发挥重要作用。尽管该过程对叶绿体发育和植物生长至关重要,但调控叶绿体核糖体组装的机制尚不明确。本研究揭示了参与16S rRNA成熟和转录后修饰的叶绿体特异性因子,包括拟南芥中细菌RsmD甲基转移酶的同源物AtRsmD和核糖体成熟因子RimM的同源物AtRimM。.研究对拟南芥花斑var2-9突变体进行了正向遗传筛选,以寻找参与调控叶绿体蛋白稳态的新组分。其中抑制子svr12在AtRsmD中携带的无义突变,显著回补了由var2引起的叶片花斑表型。AtRsmD蛋白定位在叶绿体基质,并催化叶绿体16S rRNA中鸟嘌呤915的N²-甲基化(m²G915),这与RsmD同源物在光合生物进化过程中的关联相一致。研究发现,AtRsmD的缺失会导致核糖体积累和16S rRNA成熟受损,从而降低叶绿体中的翻译效率和蛋白稳态。.有趣的是,多核糖体分析发现AtRsmD主要与叶绿体30S核糖体相关,可能是30S亚基前体。随后研究通过共免疫沉淀结合质谱(CoIP-MS)和双分子荧光互补(BiFC)分析,揭示了AtRsmD与拟南芥核糖体成熟因子AtRimM在叶绿体中的相互作用。AtRimM与AtRsmD的功能类似,敲除AtRimM基因也导致叶绿体中16S rRNA成熟和AtRsmD依赖的m²G915甲基化缺陷。此外,AtRimM突变还回补了var2叶片花斑,并表现出对冷应激的敏感性。.总体而言,本研究证实了叶绿体甲基转移酶AtRsmD与核糖体组装因子AtRimM的协同调控在16S rRNA的m²G915修饰、成熟,以及核糖体组装和蛋白稳态中发挥的关键作用。这些发现为我们理解叶绿体核糖体形成及其在植物应激反应中的重要性提供了新的视角。
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