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科技創新進展:揭示低溫逆境下水稻葉綠體發育
2021-07-10 

科技創新進展:揭示低溫逆境下水稻葉綠體發育

  近日,水稻所優質稻育種團隊在Journal of Integrative Plant Biology期刊上發表了題為“CDE4 encodes a pentatricopeptide repeat protein involved in chloroplast RNA splicing and affects chloroplast development under low-temperature conditions in rice”的研究論文,在低溫逆境下水稻葉綠體穩定發育維持光合作用的遺傳機理研究方面取得重要進展,揭示低溫逆境下水稻葉綠體發育的分子機理。

 

  葉綠體是植物進行光合作的細胞器,為植物生長發育提供必要的能量和代謝物質。葉綠體是一個半自主細胞器,自身包含了少量遺傳信息,其正常發育并行使功能需要質體和核基因組的協同作用。核基因編碼的PPR蛋白家族已被證實參與葉綠體和線粒體RNA的剪接和編輯,進而調控其正常發育,水稻中約有477個基因編碼PPR家族蛋白,但是大多數PPR蛋白的功能尚不清楚。

 

  研究團隊篩選到了一個低溫白化的水稻突變體cde4,在20°C低溫條件下,cde4突變體中葉綠體基因rpl2、ndhA和ndhB的轉錄本均不能夠被正常剪切,葉綠體發育異常,呈現白化表型;而在32°C條件下,上述葉綠體基因能被正常剪切,葉色恢復正常。進一步研究發現CDE4編碼一個新的P型PPR蛋白;同時,CDE4能夠與鳥苷酸激酶(V2)互作,V2可以增強CDE4的穩定性;此外,在突變體cde4中過量表達V2,過表達株系葉綠體RNA可以在低溫條件下被正常剪接,葉綠體發育及葉色均恢復正常。本研究闡明了PPR蛋白CDE4在水稻葉綠體發育特別是在低溫脅迫條件下維持水稻葉綠體正常發育的分子機理,對深入了解PPR蛋白家族的生物學功能及葉綠體發育調控的分子機理具有重要意義。

 

  該研究得到浙江省科學基金、浙江省高層次人才特支計劃及中國農科院科技創新重大工程等項目的資助。水稻所博士研究生劉新勇和已畢業碩士研究生張習春為文章的共同第一作者,胡培松研究員和魏祥進研究員為共同通訊作者。

 

  文章鏈接:

 

  https://doi.org/10.1111/jipb.13147

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