科学家揭示细胞质与叶绿体翻译的平衡调控叶绿体发育的新机制

2017年11月18日，西北农林科技大学生命科学学院郁飞研究团队在《Plant Physiology》在线发表了题为“Balance between cytosolic and chloroplast translation affects leaf variegation”的研究论文。该文章首次揭示了细胞质翻译过程和叶绿体翻译过程的协同平衡调控叶绿体发育的机制，叶绿体FtsH蛋白酶复合体很可能在协同平衡细胞质翻译过程和叶绿体翻译保障叶绿体正常发育的过程中发挥重要作用。

叶绿体是植物进行光合作用和合成多种重要代谢物的细胞器，其功能状态与光合作用效率以及作物产量密切相关。郁飞教授团队通过筛选拟南芥叶片花斑突变体var2的增强突变体，发现编码细胞质核糖体40S小亚基蛋白RPS21的基因发生突变，可以显著增强var2的花斑表型。对多个不同的编码细胞质核糖体60S大亚基和40S小亚基的突变体进行广泛的遗传互作分析，发现核糖体蛋白的突变体均可增强var2的叶绿体发育缺陷，但40S小亚基蛋白的突变体的增强效应强于60S大亚基蛋白的突变体，说明细胞质核糖体的大小亚基在叶绿体发育调控过程中的重要性并不相同，40S小亚基的作用更为重要。不仅如此，通过与抑制var2花斑的叶绿体翻译相关突变体的遗传互作分析，发现细胞质核糖体蛋白突变增强var2花斑的效应依赖于正常的叶绿体翻译过程。基于这些结果，提出了“细胞质与叶绿体翻译的平衡调控植物叶片花斑”的分子模型，根据该模型，在叶绿体发育过程中位于叶绿体类囊体膜上的FtsH复合物协同调控细胞质和叶绿体的翻译，保障叶绿体的正常发育。

郁飞教授团队以拟南芥叶片花斑突变体var2为切入点，多年来通过var2突变体的逆转基因（SVR基因）和增强基因（EVR基因）的筛选和研究，发现了多个叶绿体发育的关键调控因子。