《Cell | MYB相关转录因子控制叶绿体生物合成》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-07-26
  • 2024年7月23日,英国剑桥大学植物科学系Julian M. Hibberd、Eftychios Frangedakis作为通讯作者在Cell发表了题为MYB-related transcription factors control chloroplast biogenesis的研究论文。

    叶绿体的生物合成依赖于GOLDEN2-LIKE(GLK)转录因子家族的主调控因子。然而,glk突变体含有残留的叶绿素,这表明必须涉及其他蛋白质。

    该研究鉴定了MYB相关转录因子作为多形苔草和被子植物拟南芥叶绿体生物合成的调节因子。在这两个物种中,MYB相关基因中的双突变等位基因显示出非常有限的叶绿体发育,光合作用基因表达比GLK突变体受到更大程度的干扰。编码叶绿素生物合成酶的基因由MYB相关蛋白和GLK蛋白控制,而那些允许CO2固定、光呼吸和光系统组装和修复的基因需要MYB相关蛋白质。MYB相关转录因子和GLK转录因子之间的调节在拟南芥中比在多形分枝杆菌中更为广泛。因此,MYB相关基因和GLK基因具有重叠和不同的靶标。该研究得出结论,MYB相关和GLK转录因子协调了陆生植物叶绿体的发育。

  • 原文来源:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S009286742400713X
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    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:姜丽华
    • 发布时间:2022-12-05
    •        光合作用通过将二氧化碳转化为有机物,不仅提供地球上大多数生物的食物来源,而且释放氧气并控制大气中的二氧化碳含量。在全球碳中和的背景下,研究光合作用的调控机制,具有重要的理论意义和应用价值。叶绿体作为植物的关键细胞器,执行包括光合作用在内的核心代谢过程。叶绿体功能的建立和维持需要对其蛋白质稳态进行精确调节。然而,光合作用许多核心组分的调控机制目前未知。   近期研究发现的叶绿体蛋白降解途径——Chloroplast-associated Protein Degradation(CHLORAD),通过泛素-蛋白酶体系统调控叶绿体蛋白转运,改变叶绿体蛋白质稳态,介导植物的器官发育和抗逆境过程。在CHLORAD系统中,E3泛素连接酶SP1、通道蛋白SP2以及起到“分子马达”作用的CDC48分子伴侣蛋白,共同参与对叶绿体蛋白的泛素化修饰以及从叶绿体向细胞质的逆向转运过程,以便被细胞质中的蛋白酶体所降解。以往研究仅揭示了位于叶绿体外膜的TOC蛋白复合体成员可被CHLORAD降解。而多数叶绿体蛋白位于细胞器内部,CHLORAD是否可直接作用于这些内部的底物尚无证据。   11月17日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心凌祺桦研究组与英国牛津大学植物科学系教授Paul Jarvis研究组合作,在Science Advances上,在线发表了题为Ubiquitination acts inside chloroplasts to directly regulate photosynthesis的研究论文。该研究发现CHLORAD直接参与调控更广泛的叶绿体靶蛋白。这些靶蛋白包括一些叶绿体内部的蛋白(如内膜、基质和类囊体蛋白),表明CHLORAD对叶绿体的作用已延伸到细胞器的内部。这些蛋白涉及叶绿体功能的各领域,例如光合作用、脂质代谢、物质转运、逆境抗性等,显示该途径调控了比预期更广泛的目标蛋白,拓展了CHLORAD的生物学意义。   科研团队综合应用定量蛋白质组学、泛素化修饰组学、比较转录组学、脂质代谢组学、生物化学、细胞生物学、植物生理学等技术手段,系统性地揭示了叶绿体内部的许多蛋白(包括类囊体膜中的光系统I、II组分)存在泛素化修饰。研究发现许多由叶绿体基因组自身编码的相关蛋白发生了修饰,显示了泛素化修饰作用于叶绿体内部蛋白。研究进一步阐明了CHLORAD组分CDC48和SP2介导泛素化光系统蛋白(如PsaA、CP43)逆向转运和降解的新途径。该成果揭示了过去未发现的叶绿体内部蛋白降解途径以及调控光合作用的崭新模式。迄今为止,研究认为,位于叶绿体内部的蛋白主要由原核生物起源的蛋白酶(即FtsH、Deg、Clp等)在细胞器内部调节。然而,本研究发现CHLORAD系统可联合运用叶绿体和细胞质内的泛素-蛋白酶体系统协同调控光系统运作效率和叶绿体其他重要功能,如脂质代谢等。这一新途径在栽培植物的改良中具有潜在的应用前景,可望为粮食安全和碳中和做出贡献。   研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、英国生物技术和生物科学研究理事会(BBSRC)等的支持。
  • 《转录因子调控水稻细胞壁合成机理研究获进展》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:zhangyi8606
    • 发布时间:2018-08-28
    • 水稻是最重要的粮食作物之一,细胞壁的组分是木质纤维素,它们提供了茎秆的支撑力和防御能力,同时作为最重要的生物质能源,秸秆的降解和转化也一直受到关注。转录因子是水稻农艺性状形成的一类重要调控因素,涉及产量、株高、生育期等,但如何影响水稻细胞壁的合成鲜有报道。 中国科学院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所吴跃进课题组与中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东课题组合作,前期通过重离子诱变获得一个转录因子调控的水稻脆秆突变体cef1,研究表明cef1的脆性是由转录因子OsMyb103L功能缺失造成的,通过调控纤维素合成来影响细胞壁结构(Plant Molecular Biology,2015)。近期研究团队从反向遗传学途径,利用酵母单杂技术,对调控水稻细胞壁纤维素合成的转录因子OsMYB61进行文库筛选,获得NAC家族的一个转录因子OsSND2,研究表明OsSND2能够结合OsMYB61的启动子,调控OsMYB61的功能表达,影响纤维素的合成,从而导致细胞壁的结构变异。进一步研究还发现OsSND2能够调控多个与细胞壁合成有关的MYB转录因子,是此途径控制纤维素合成的“总开关”,具有重要的应用价值。该研究揭示了水稻转录因子调控细胞壁合成的关键机制,为水稻抗倒伏和秸秆还田品种的分子设计育种奠定了理论基础。相关研究成果近期发表在Rice 期刊上,吴跃进课题组助理研究员叶亚峰和已毕业的博士生吴昆为论文的共同第一作者。