PPR蛋白在植物线粒体和叶绿体中功能的研究进展

植物中的线粒体和叶绿体是包含遗传信息的半自主性细胞器,它们的功能同时受到自身和细胞核遗传信息共同的调控.三角状五肽(PPR)蛋白是一类含有三角状五肽重复结构的核基因组编码蛋白的大家族.植物中的PPR蛋白通常定位于线粒体或叶绿体中,并对这些细胞器基因组转录的RNA进行编辑和修饰,参与许多重要的组织发生和器官形成过程的调控,同时也参与了植物对内外环境变化过程的响应等.因此,PPR是研究植物中细胞器功能和核质互作机制的热点.依据PPR蛋白基序的种类和排列方式,将植物中的PPR分为两大亚类:P类和PLS类.P类由经典的35个氨基酸基序排列组成,主要参与细胞器基因的转录调控;短的S、长的L和经典的P基序排列组成PLS亚族,主要对细胞器基因转录的RNA进行编辑修饰.本文主要从PPR蛋白的结构、亚细胞定位以及在线粒体和叶绿体中的功能等方面着手阐述植物PPR蛋白在叶绿体和线粒体基因组转录和加工过程中的作用以及与植物发育之间的关系,并对研究中存在的一些问题提出设想.     

PPR蛋白响应植物非生物胁迫的研究进展

非生物胁迫是造成全球粮食减产的主要因素之一。研究植物逆境相关蛋白的功能及应答机制，对于提高作物抗逆性具有重要意义。三角状五肽重复（PPR）蛋白属于高等植物中最大的核编码蛋白家族，因其包含高度特异性的PPR基序而得名。依据基序类型及其排列，PPR蛋白可分为P和PLS两类，PLS类蛋白又可以根据其羧基末端的结构域进一步分为PLS、E、E+、DYW等亚类。PPR蛋白广泛分布于陆生植物中，主要定位于叶绿体和线粒体，亦有少数定位于细胞核中。作为序列特异性RNA结合蛋白，PPR蛋白参与植物RNA加工的多个方面，包括RNA编辑、RNA剪接、RNA稳定和RNA翻译。PPR蛋白在植物的整个生命进程中发挥多种重要作用，但对其在植物抗逆性中的作用机制还不清楚。本文在总结已有报道的非生物胁迫相关PPR蛋白定位和功能的基础上，重点综述了PPR蛋白参与调控植物非生物胁迫的作用机制（包括转录后调控和逆行信号），并对其进行讨论。转录后调控与PPR蛋白参与RNA转录后的修饰作用有关，其一般被认为通过结合RNA并调节细胞器RNA代谢来调控逆境相关基因的表达，从而影响植物抗逆性。逆行信号方面，PPR蛋白的损伤导致线粒体或叶...     

PPR蛋白APPR6参与ABA调控拟南芥种子萌发与幼苗生长

植物激素脱落酸(ABA)参与调控植物生长发育各个阶段,并在植物对多种胁迫的抗逆反应中起着重要作用。PPR基因家族是拟南芥最大的基因家族之一,PPR蛋白在调控植物生长发育与响应逆境胁迫过程中发挥重要作用,然而参与ABA信号转导的线粒体PPR蛋白仍有待进一步研究。本研究发现拟南芥线粒体PPR蛋白APPR6的2个T-DNA插入突变体在萌发与萌发后幼苗早期生长过程中对外源ABA超敏,报道APPR6参与ABA信号转导为进一步阐明线粒体PPR蛋白的作用机制以及复杂的ABA信号网络提供了新的信息。     

棉花2个新的PPR基因的克隆及表达模式分析

【目的】从棉花中克隆2个新的PPR基因,分析其序列结构、基因表达和亚细胞定位,为深入研究这2个基因在棉花中的功能提供依据。【方法】利用棉花EST库,通过RT-PCR从陆地棉徐州142中克隆得到2个PPR基因：GhPPRH1和GhPPRH2;应用生物信息学方法对2个基因编码蛋白序列进行预测分析,利用半定量RT-PCR和实时荧光定量PCR的方法分析目的基因在不同组织及纤维不同发育时期的表达模式;利用棉花子叶瞬时表达系统对上述2个基因编码的蛋白进行亚细胞定位。【结果】GhPPRH1和GhPPRH2均属于PPR基因家族的PLS亚家族;GhPPRH1和GhPPRH2的开放读码框的长度分别为1 917和2 556 bp,编码638和851个氨基酸;GhPPRH1蛋白有18个PPR基序,包含1个E+结构域和1个DYW结构;GhPPRH2蛋白有17个PPR基序,包含1个E结构域,1个E+结构域和1个DYW结构;将GhPPRH1和GhPPRH2蛋白的氨基酸序列与GenBank数据库中的9条同源蛋白以及棉花中已经报道的5个PPR蛋白的氨基酸序列进行比对,构建系统进化树,结果显示,GhPPRH1与水稻RF1b蛋白亲缘关系较近,推测其可能与胞质雄性不育的育性恢复相关,而GhPPRH2与玉米PPR5蛋白亲缘关系最近,推测可能会影响细胞器一些转录本的RNA编辑;半定量RT-PCR和实时荧光定量PCR的结果表明,GhPPRH1和GhPPRH2在根、茎、叶、花及纤维发育不同时期均有表达,GhPPRH1在根中表达较高,而GhPPRH2在根、叶及15 d的纤维中表达较高;亚细胞定位结果显示,GFP标记的GhPPRH1蛋白的绿色荧光与线粒体Marker的红色荧光重叠,表明该蛋白可能定位于线粒体,GFP标记的GhPPRH2蛋白的绿色荧光与叶绿体自发的红色荧光重叠,表明GhPPRH2可能定位在叶绿体。【结论】从棉花中获得2个新的PPR基因,均属于PLS亚家族成员,亚细胞定位显示可能在线粒体和叶绿体中,推测其功能可能与细胞器中RNA的加工、修饰等过程有关。     

海岛棉H268 PPR蛋白家族基因鉴定及SNP/InDel分析

[目的]通过对海岛棉不育系H276A及其育性恢复材料H268进行三角状五肽重复蛋白(PPR)家族基因鉴定及比对分析,获得序列存在差异的PPR基因,为后续育性恢复基因(Rf)的发掘提供理论基础.[方法]通过生物信息学分析海岛棉PPR基因,并对其进行亚细胞定位预测与功能注释分析;采用Illumina HiSeq 4000高通量测序技术对海岛棉H276A及H268对PPR蛋白家族基因进行转录组测序,将筛选获得的PPR蛋白与其他植物具有育性恢复的PPR蛋白进行氨基酸序列同源比对并构建系统发育进化树.[结果]鉴定获得912个PPR基因,其中有846个在海岛棉H276A和H268间存在序列差异,且分别存在7226个SNP差异位点和301个InDel差异位点,其中作用于线粒体的PPR基因有2143个SNP差异位点和134个InDel差异位点.转录组测序结果显示,共检测到表达基因数量为68197个,其中已知基因56311个、新基因11886个,可满足后续数据分析.GO功能注释结果显示,PPR基因主要富集于生物学过程,富集于分子功能的PPR基因最少.50.0%PPR蛋白定位于线粒体,29.0%PPR蛋白定位于叶绿体,0.9%PPR蛋白定位于细胞核,20.0%PPR蛋白定位于胞外,0.1%PPR蛋白定位于细胞质膜.xp_016708712(LOC107923023)和xp_016710013(LOC107924193)与多个具有育性恢复功能的PPR蛋白氨基酸序列相似性达33%,说明二者亲缘关系较近,且亚细胞定位于线粒体.[结论]xp_016708712和xp_0167100132个PPR蛋白可能与海岛棉不育系H276A育性恢复相关,可用于发掘海岛棉CMS的Rf基因.     

植物亚细胞结构蛋白质组学研究进展

蛋白质组分析已成为鉴定植物功能的有力工具之一。细胞器作为1个完整且相对独立的结构,是生命活动的基本单位。亚细胞结构的研究对于理解生命活动有着十分重要的意义。植物亚细胞蛋白质组学的研究主要集中在叶绿体和线粒体中,叶绿体蛋白质组学已经有了大量的研究结果,其中类囊体又是1个研究较多的亚细胞结构。对于其他亚细胞结构,主要以过氧化物酶体和内质网为主。本文主要介绍了植物蛋白质组学在叶绿体、线粒体等细胞器中的研究进展,并对蛋白质组学的研究趋势进行了展望。     

植物RNA结合蛋白研究进展

在真核生物中,RNA结合蛋白(RBPs)是一类重要的转录后调控因子,通过与RNA结合形成核糖核蛋白复合物来调节真核生物细胞的RNA代谢过程,包括RNA的转移、修饰、翻译及降解。RNA结合蛋白广泛存在于动物、植物以及微生物中,约占真核生物基因编码蛋白的2%—8%。近年来,对RNA结合蛋白的研究已成为备受关注的热点。RNA结合蛋白与人类健康密切相关,许多RNA结合蛋白的突变都会导致人类疾病。RNA结合蛋白(尤其是三角状五肽重复区蛋白)不仅在植物中大量存在,而且作为重要的调控因子在RNA代谢、生长发育以及应激反应过程中发挥重要作用,这已引起人们的广泛关注。相对于动物RNA结合蛋白的大量研究,植物RNA结合蛋白的功能研究还相对较少。文中详细总结了近几年植物RNA结合蛋白的功能研究、作用机制以及同其他RNA结合蛋白之间的相互关系,并在此基础上重点阐述了5类RNA结合蛋白家族在植物中的功能研究进展,包括富含丝氨酸-精氨酸的RNA结合蛋白(SR蛋白)、富含甘氨酸的RNA结合蛋白(GR-RBPs)、三角状五肽重复区蛋白(PPR蛋白)、DEAD-box RNA解旋酶(DEAD-box RHs)以及RNA分子伴侣。主要在拟南芥、水稻和小麦等模式植物或经济作物中对上述5类植物RNA结合蛋白的功能基因进行介绍,总结每类RBPs在植物的RNA代谢、生长发育以及逆境胁迫响应过程中的重要作用,从而为基础研究和农业生产实践提供了重要的理论依据。在这5类RBPs中,SR蛋白主要作为重要的选择性剪接因子参与RNA代谢,从而在植物的生长发育和胁迫响应中发挥关键的调节作用;许多GR-RBPs家族成员具有功能多样性,一方面可能通过介导植物激素信号通路来调节植物的胁迫耐受性和各种生长发育过程;另一方面作为RNA分子伴侣参与RNA折叠反应并因此在低温和干旱等非生物胁迫响应过程中发挥关键作用。PPR蛋白主要参与线粒体和叶绿体的RNA代谢,调节植物的胁迫响应和生长发育过程;DEAD-box RHs作为细胞核和细胞器重要的RNA剪接因子,在植物生长发育以及非生物胁迫响应中发挥多种功能;作为非特异性RNA结合蛋白的RNA分子伴侣,通过参与RNA折叠反应而维持RNA分子的正常功能。此外,前4类RNA结合蛋白中有许多RBPs具有RNA分子伴侣活性,这使得同一蛋白可能具有功能多样性,从而赋予植物在逆境下具有较强的胁迫耐受性。     

小白菜黄化苗培养方法初探

细胞质雄性不育（CMS）广泛存在于高等植物中，它不仅在植物杂种优势利用方面具有重要价值，而且在研究核质互作方面具有重要的理论意义。植物细胞质雄性不育的母性遗传现象，与线粒体和叶绿体两种细胞器有关。现有的研究结果表明，大多数植物的CMS主要与线粒体有关，因此，提取高质量的线粒体DNA是进行线粒体基因组研究的前提。从健壮的黄化苗中提取线粒体DNA可以减少细胞质中叶绿体基因组的污染，从而更加严谨地分析线粒体基因。本文介绍高质量小白菜黄化苗的培养方法。     

海甜菜线粒体和叶绿体基因组密码子使用偏好性分析

为明确海甜菜线粒体和叶绿体基因组密码子使用偏好性及影响因素,以海甜菜线粒体基因组136条蛋白编码序列(CDS)和叶绿体基因组52条蛋白编码序列为数据源,利用Codon W和CUSP软件,结合密码子使用的中性绘图分析、有效密码子数分析(ENC-plot)、偏倚性分析(PR2-plot),探究海甜菜线粒体和叶绿体基因组密码子使用的偏好性,并明确最优密码子。结果显示：海甜菜线粒体和叶绿体基因组中所有密码子的平均G+C碱基含量分别为43.42%和37.92%;密码子第3位碱基多为A或U。线粒体和叶绿体基因组有效密码子数(ENC)分别为36.44～61.00和35.00～52.01,平均值为52.23和46.10。自然选择是影响海甜菜线粒体和叶绿体基因组密码子使用偏好性的主要原因;GCU、AGG、GCU、CGA等27个密码子可视为最优密码子。本研究结果为海甜菜线粒体和叶绿体基因组的研究和遗传多样性分析提供了参考依据。     

三角形五肽重复蛋白研究进展

三角形五肽重复(PPR)蛋白是植物中一个庞大的蛋白家族,能够从RNA剪切、编辑、降解和翻译等多个方面影响细胞器中RNA的新陈代谢,PPR蛋白由连续的PPR基序构成,蛋白呈右手螺旋结构,具有与RNA单链结合的能力。随着研究的深入,人工设计合成PPR蛋白技术已经成熟,PPR蛋白与RNA结合的规律已较为清晰,人工PPR蛋白有望被开发成为细胞器中介导RNA调控的新型生物技术。