科技创新进展：揭示低温逆境下水稻叶绿体发育的分子机理

近日，水稻所优质稻育种团队在JournalofIntegrativePlantBiology期刊上发表了题为CDE4encodesapentatricopeptiderepeatproteininvolvedinchloroplastRNAsplicingandaffectschloroplastdevelopmentunderlow-temperatureconditionsinrice的研究论文，在低温逆境下水稻叶绿体稳定发育维持光合作用的遗传机理研究方面取得重要进展，揭示低温逆境下水稻叶绿体发育的分子机理。叶绿体是植物进行光合作的细胞器，为植物生长发育提供必要的能量和代谢物质。叶绿体是一个半自主细胞器，自身包含了少量遗传信息，其正常发育并行使功能需要质体和核基因组的协同作用。核基因编码的PPR蛋白家族已被证实参与叶绿体和线粒体RNA的剪接和编辑，进而调控其正常发育，水稻中约有477个基因编码PPR家族蛋白，但是大多数PPR蛋白的功能尚不清楚。研究团队筛选到了一个低温白化的水稻突变体cde4，在20°C低温条件下，cde4突变体中叶绿体基因rpl2、ndhA和ndhB的转录本均不能够被正常剪切，叶绿体发育异常，呈现白化表型；而在32°C条件下，上述叶绿体基因能被正常剪切，叶色恢复正常。进一步研究发现CDE4编码一个新的P型PPR蛋白；同时，CDE4能够与鸟苷酸激酶（V2）互作，V2可以增强CDE4的稳定性；此外，在突变体cde4中过量表达V2，过表达株系叶绿体RNA可以在低温条件下被正常剪接，叶绿体发育及叶色均恢复正常。本研究阐明了PPR蛋白CDE4在水稻叶绿体发育特别是在低温胁迫条件下维持水稻叶绿体正常发育的分子机理，对深入了解PPR蛋白家族的生物学功能及叶绿体发育调控的分子机理具有重要意义。该研究得到浙江省科学基金、浙江省高层次人才特支计划及中国农科院科技创新重大工程等项目的资助。水稻所博士研究生刘新勇和已毕业硕士研究生张习春为文章的共同第一作者，胡培松研究员和魏祥进研究员为共同通讯作者。文章链接https://doi.org/10.1111/jipb.13147