JGG | 武漢大學侯昕團隊發現葉綠體翻譯新機制

葉綠體翻譯是高等植物基因表達調控的關鍵步驟，對植物的生長發育至關重要。葉綠體作為由古藍細菌通過內共生演化而來的半自主性細胞器，其翻譯機制雖保留原核生物的基本特征，卻更為復雜，許多調控機制尚未被闡明。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構，推測其參與基因表達調控，然而具體的分子機制目前尚不明確。

近日，Journal of Genetics and Genomics在線發表武漢大學侯昕教授團隊題為“

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現，擬南芥葉綠體核糖體蛋白bL31c與其藍細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控基因表達的作用。該基因敲除導致胚胎致死，而降低該基因表達則引起bl31c突變體黃化且生物量下降。進一步分析發現，bl31c光系統功能失衡：PSII光合效率顯著降低，PSI最大氧化能力顯著降低，但Y(I)參數與野生型保持一致。對光系統復合體的分析表明，bl31c通過積累PSI-LHCI-LHCII超級復合體的方式調節PSI與PSII的功能。轉錄組、翻譯組與蛋白組聯合分析顯示，bl31c中質體編碼基因的翻譯水平普遍下調，其中PSI組分的下調最為顯著。研究還發現，bL31c與葉綠體翻譯延伸因子RAB8D (EF-Tu同源蛋白)互作，該機制在藍細菌中保守，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，均表現為葉片黃化、生物量降低、光系統功能失衡及PSI-LHCI-LHCII超級復合體過量積累。隨后，研究團隊用氯霉素處理野生型擬南芥抑制葉綠體翻譯延伸，結果顯示處理組植株出現PSI-LHCI-LHCII超級復合體積累等類似rab8d與bl31c突變體的表型，從而支持“葉綠體翻譯延伸缺陷導致PSI-LHCI-LHCII超級復合體積累”的結論。

葉綠體核糖體蛋白bL31c作用模式圖

綜上所述，該研究發現葉綠體核糖體蛋白bL31c通過與延伸因子RAB8D互作參與葉綠體翻譯延伸，該機制在藍細菌中保守，但在大腸桿菌中不保守。

作者簡介

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