生命科学学院谭保才教授课题组揭示玉米线粒体rna编辑的新机制-k8体育

近日，the plant cell在线发表了生命科学学院谭保才教授课题组题为maize ppr-e proteins mediate rna c-to-u editing in mitochondria by recruitingtransdeaminase pcw1的研究论文。该研究揭示了玉米线粒体ppr-e类蛋白对rna进行c-u编辑的新机制。生命科学学院博士后王勇为该论文第一作者，谭保才教授为通讯作者。

线粒体是半自主细胞器，具有自己的基因组。线粒体基因表达需要经过复杂的转录后加工过程，包括rna c-u编辑、内含子剪接、5’和3’末端成熟和rna稳定。rna编辑广泛存在于植物细胞器（线粒体和叶绿体）中，是植物生长发育所必需的。然而，rna编辑的机制还不清楚。现在已鉴定到多种rna编辑因子，pls-ppr类蛋白是重要的一种。pls-型ppr蛋白根据末端结构域的不同又分为ppr-e、ppr-e 和ppr-dyw亚型。ppr基序可专一性地识别编辑位点，dyw结构域提供脱氨酶活性，但ppr-e 和ppr-e类蛋白不含有dyw结构域，最近的研究发现ppr-e 蛋白可以招募脱氨酶dyw2，然而ppr-e蛋白招募何种脱氨酶以及如何招募尚不清楚。

该研究以玉米籽粒发育突变体bccp1为研究材料，该基因突变严重抑制了玉米的胚胎发生和胚乳发育。克隆发现bccp1编码一个结构特殊的p-型ppr蛋白。除了具有ppr-基序以外，bccp1还含有一个bzip和coiled-coil结构域。bccp1既定位于线粒体，也定位也细胞核中。功能分析证明bccp1参与了线粒体中66个位点的rna编辑。蛋白质互作研究发现，bccp1与pcw1紧密互作。pcw1为一个非典型的ppr-dyw蛋白，由5个ppr-基序、coiled-coil和保守的dyw结构域组成，但不具有ppr-dyw类蛋白都有的e1和e2结构域。pcw1定位于线粒体。该研究利用crispr-cas9技术构建了pcw1的功能缺失突变体pcw1-1和pcw1-2，证明该基因突变也严重抑制玉米胚胎发生和胚乳发育，导致籽粒败育。功能分析发现，pcw1参与线粒体102个位点的rna编辑。意想不到的是，bccp1参与编辑的66个位点都包含在pcw1负责的位点中。进一步分析显示，pcw1负责编辑的位点和ppr-e特异识别的位点高度重合，而与ppr-e 和ppr-dyw蛋白识别的位点不重合。因此，我们推测pcw1可能是ppr-e蛋白招募的脱氨酶。为了验证这个推测，该研究利用ppr-e蛋白emp7为例子进行分析。emp7、bccp1和pcw1都负责线粒体ccmf_n-1553位点的编辑。互作分析显示，虽然emp7与pcw1可能不直接互作，但是bccp1与emp7和pcw1都紧密的互作。因此，bccp1很可能连接和支持emp7对pcw1蛋白的招募。morf蛋白是通用的rna编辑因子，参与了线粒体中大约80%编辑位点和叶绿体中几乎所有编辑位点的编辑。该研究发现bccp1、pcw1和emp7都与zmmorf1/8直接相互作用，并且酵母三杂交实验显示zmmorf8可以促进emp7和pcw1的相互作用。根据以上的结果，该研究提出了一个ppr-e蛋白介导rna编辑的模型，即ppr-e蛋白识别编辑位点，招募脱氨酶pcw1，特殊的ppr-p类蛋白bccp1和rna编辑因子morf1/8通过与ppr-e互作协助招募，bccp1同时与morf1/8互作发挥作用。该研究解析了一个由ppr-e:bccp1:moef1/8:pcw1四个蛋白构成的编辑体，该编辑体负责玉米线粒体66个位点的编辑，推测为单子叶特有。

该项研究得到了国家自然科学基金重点项目和青年项目的资助，谭保才教授团队长期从事玉米种子发育的分子调控机制研究，今年先后在pnas (yang et al., 2022)、plant cell (wang et al., 2022)、plant cell (liu et ., 2022)、new phytologist (zhao et al., 2022)和plant physiology (cao et al., 2022)等国际著名期刊上发表研究论文。