万建民院士团队在水稻叶绿体发育调控研究取得新进展

叶绿体基因转录依赖于质体编码的RNA聚合酶（PEP）和核编码的RNA聚合酶（NEP）的协同，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参与调控。PPR（Pentatricopeptide repeat）蛋白在植物中广泛参与叶绿体内含子的剪切，在转录后水平调控叶绿体RNA合成和代谢。尽管目前已有一些关于PPR蛋白参与调控水稻叶绿体发育的报道，但大多数PPR蛋白调控叶绿体发育的分子机制尚不清楚。

JIPB近日在线发表了万建民院士团队题为“Young Leaf White Stripe encodes a P-Type PPR protein required for chloroplast development”的研究论文（https://doi.org/10.1111/jip‍b.13477）。该研究发现水稻叶绿体定位的P型PPR蛋白参与叶绿体rpl2基因mRNA的剪切，进而影响叶绿体发育。

图1. YLWS调控叶绿体基因的剪接

研究人员从籼稻南京11的EMS（ethyl methanesulfonate）诱变突变体库中筛选到了一个低温白化的水稻突变体ylws，突变体幼苗在20℃低温下叶片呈现白化，同时伴随叶绿体发育异常。图位克隆发现YLWS编码一个定位在叶绿体拟核的新的P型PPR蛋白。ylws突变导致低温下叶绿体基因rpl2、ndhA、atpF和rps12剪切缺陷，叶绿体中16S和23S核糖体RNA积累显著下降，依赖PEP转录系统的叶绿体基因的转录显著下降，而核编码的叶绿体转录翻译系统及发育相关基因表达量显著上升。RNA凝胶阻滞实验（EMSA）和RNA免疫共沉淀（CO-IP）实验证明YLWS可直接结合到rpl2、ndhA和atpF的pre-mRNAs。低温条件下，突变体ylws中rpl2转录物的剪接缺陷可能破坏质体核糖体的组装进而破坏叶绿体蛋白质翻译，从而导致PEP活性受损、叶绿体发育异常，产生ylws突变体的白化表型。该研究发现了一个水稻叶绿体II型内含子剪接因子PPR蛋白YLWS,并揭示了其可能的作用机理，对深入了解PPR蛋白家族参与叶绿体发育调控的分子机理具有重要意义。

博士生兰杰、林启冰研究员和博士生周春雷为论文共同第一作者。万建民院士和江玲教授为共同通讯作者。该研究得到了江苏省重点研发计划、江苏省自然科学基金前沿探索项目、中国农业科学院科技创新计划等项目的资助。