研究揭示叶绿体蛋白转运马达新功能

　　叶绿体是植物进行光合作用的细胞器。正常发育过程受到核基因组和叶绿体基因组在多个层次的协同调控。核质互作的分子机理是叶绿体生物发生的核心科学问题之一。光合膜蛋白复合体的反应中心亚基通常由叶绿体基因编码，而外周蛋白和天线蛋白由核基因组编码。这些核基因组编码的叶绿体蛋白，在细胞质中合成，而后通过叶绿体被膜上的TOC-TIC蛋白转运装置运输至叶绿体，同叶绿体基因组编码的亚基组装形成超级复合体。目前，叶绿体蛋白转运装置和基因表达装置协同调控机制尚不清楚。

　　中国科学院植物研究所迟伟研究组以叶绿体蛋白转运马达FtsHi1为切入点，对上述问题开展了研究。该研究利用亚细胞定位分析和cpChIP等实验手段，证明FtsHi1实际上是一个定位于叶绿体拟核的DNA/RNA结合蛋白。荧光标记实验表明，FtsHi1在体外具有DNA/RNA解旋酶活性，可有效解开DNA-DNA和DNA-RNA双链。研究发现，FtsHi1的DNA/RNA解旋酶活性与叶绿体内R-loop的清除有关，且该蛋白的突变会引起叶绿体R-loops过度累积。R-loops是含RNA-DNA杂合体的三链结构，在基因组复制、基因转录和基因组稳定性方面具有重要作用。进一步的研究显示，在ftsHi1突变体中，R-loops的过度累积会降低叶绿体基因的复制和转录活性，但叶绿体基因组的完整性没有受到影响。因此，FtsHi1可以作为一个DNA/RNA结合蛋白直接参与叶绿体基因表达过程，从而影响光合膜复合体中反应中心亚基的生成。同时，FtsHi1又可作为一个叶绿体蛋白转运马达分子，直接控制光合膜复合体中LHCII等天线蛋白的生物发生过程。FtsHi1蛋白的这种双功能特性，在蛋白转运和叶绿体基因表达之间建立了内在的分子关联，可以精细调控核基因编码蛋白和叶绿体基因编码蛋白生物发生过程中分子剂量比，从而保证光合膜蛋白复合体中两种类型亚基的高效组装。上述研究为探讨高等植物叶绿体基因表达、细胞器R-loop调控以及光合膜蛋白复合体组装等科学问题提供了新见解。

　　相关研究成果在线发表在《新植物学家》（New Phytologist）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项和黄河三角洲农业高新技术产业示范区科技专项的支持。