中國科學(xué)院植物研究科研人員揭示葉綠體基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的新機制

中國科學(xué)院植物研究科研人員揭示葉綠體基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的新機制，證明了葉綠體中普遍存在轉(zhuǎn)錄暫停現(xiàn)象，為植物葉綠體轉(zhuǎn)錄調(diào)控的分子機制提供了新的認識。

轉(zhuǎn)錄調(diào)控是基因表達過程中的基礎(chǔ)機制。在轉(zhuǎn)錄過程中， RNA聚合酶會在一些因子的調(diào)控下暫時停止轉(zhuǎn)錄，而在條件具備情況下繼續(xù)進行轉(zhuǎn)錄延伸。這一類精細調(diào)控現(xiàn)象被稱為“轉(zhuǎn)錄暫停”。轉(zhuǎn)錄暫停已經(jīng)發(fā)現(xiàn)40多年，但是最近才發(fā)現(xiàn)植物中也具有轉(zhuǎn)錄暫停現(xiàn)象。然而，植物中尚未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄暫停因子，葉綠體中是否存在轉(zhuǎn)錄暫停現(xiàn)象也不清楚。

最近，中國科學(xué)院植物研究所盧慶陶研究組與中科院遺傳所、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)相關(guān)科研團隊合作，利用波譜學(xué)、分子生物學(xué)和生物化學(xué)方法，首次揭示了轉(zhuǎn)錄暫停因子mTERF5特異調(diào)控葉綠體psbEFLJ操縱子轉(zhuǎn)錄的分子機制。研究人員使用葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)，篩選了擬南芥的T-DNA插入突變體庫，發(fā)現(xiàn)mTERF5缺失導(dǎo)致植物生長發(fā)育遲緩與光系統(tǒng)II （PSII）活性顯著下降，這是因為mTERF5調(diào)控葉綠體psbEFLJ操縱子轉(zhuǎn)錄本的積累，而psbEFLJ操縱子編碼PSII復(fù)合體中多個重要蛋白亞基，對植物生長發(fā)育至關(guān)重要。進一步研究表明，mTERF5特異性結(jié)合psbEFLJ操縱子DNA上轉(zhuǎn)錄起始位點下游＋30到＋50區(qū)域，引起葉綠體編碼的RNA聚合酶（PEP）在psbEFLJ轉(zhuǎn)錄過程中產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄延伸暫停，從而有助于mTERF5招募PEP復(fù)合體中的關(guān)鍵組分pTAC6組裝到PEP復(fù)合體中，形成更高活性的PEP復(fù)合體，進而促進psbEFLJ操縱子的轉(zhuǎn)錄。

該研究成果于5月22日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《Molecular Plant》上。