苔藓蛋白纠正了其他植物的遗传缺陷

2020-09-29 120苔藓

几乎所有的陆地植物都雇佣了一支分子编辑大军,来纠正它们遗传信息中的错误。与来自汉诺威、乌尔姆和京都(日本)的同事们一起,波恩大学的研究人员已经将其中一种从苔藓(以前被称为physcopmitrimpartens)的校准器转移到一种开花植物中。令人惊讶的是,它在那里的工作和苔藓本身一样可靠。该策略可用于更详细地研究植物能量代谢的某些功能。苔藓蛋白纠正了其他植物的遗传缺陷,它对发展更高效的作物也很有价值。这项研究将发表在《植物细胞》杂志上。

研究背景

植物与动物的不同之处在于它们具有光合作用的能力。他们在专门的“微型器官”(生物学家谈论细胞器)中,即叶绿体中进行此操作。叶绿体在阳光的帮助下产生糖分,而糖分又被用于其他细胞器线粒体中以产生能量。

研究内容

叶绿体和线粒体都有自己的遗传物质。而且在这两个基因组中都包含很多错误。 “至少几乎所有陆地植物都是这种情况,” MareikeSchallenberg-Rüdinger博士解释说。研究员由Volker Knoop教授领导波恩大学分子进化系的一个初级研究小组。 “他们必须纠正这些错误,以便其电源不会崩溃。”

实际上,陆地植物却以非常复杂的方式做同样的事情:它们不能纠正基因组本身的错误。相反,他们纠正了细胞根据这些DNA蓝图生成的RNA拷贝,然后将其用于产生某些酶。因此,它无需纠正原件,而只能消除随后副本中的不准确之处。

尽管拥有4亿年的进化历史,但仍能正常工作。

分子校对者,即所谓的PPR蛋白,对此负责。他们中的大多数都是专家,专门研究细胞全天候产生的许多基因拷贝中的一个特定错误。这些错误是在进化过程中,将某个化学组成部分的DNA(如果您愿意的话,是一个基因蓝图)替换为另一个DNA的情况。当PPR蛋白找到这种互换时,它们会将RNA副本中的错误字母(构建基胞苷,缩写为C)转换为正确的形式(尿苷,缩写为U)。

苔藓蛋白纠正了其他植物的遗传缺陷

Schallenberg-Rüdinger解释说:“现在,我们已经从苔藓小圆线虫中提取了一种PPR蛋白的基因,并将其转移到了开花的植物中,即拟南芥拟南芥。” “然后,蛋白质识别并纠正了在苔藓中同样造成的错误。”这是惊人的,因为在Physcomitrium和拟南芥之间有超过4亿年的进化历史。因此,PPR蛋白的结构也可能有很大差异。

例如,拟南芥中含有可以识别错误的PPR蛋白,但仍然需要单独的“白化”酶来纠正错误。相比之下,苔藓蛋白纠正了其他植物的遗传缺陷,苔藓Physcomitrium的PPR蛋白同时执行两项任务。该研究的主要作者,博士生巴斯蒂安·奥尔登科特(Bastian Oldenkott)解释说:“在这些情况下,从苔藓向拟南芥的转变是有效的,但是拟南芥的基因在苔藓中仍然没有活性。”澳洲坚果在进化中出现的时间比拟南芥早一些。其正在研究的PPR蛋白与Physcomitrium相似。一旦被引入苔藓,它就可以在那里毫无问题地进行服务。

研究意义

该研究可能为修饰叶绿体和线粒体遗传物质开辟新途径。 Schallenberg-Rüdinger强调说:“特别是对于植物线粒体,这根本不可能。”例如,使用特殊的“设计器” PPR基因,一个人可能会特异地使某些基因组转录本不可用,并测试其对植物的影响。从中期来看,这也可能为育种特别是高产,高性能品种带来新的发现。但是,首先,研究人员希望深入了解基因在叶绿体和线粒体功能中的复杂相互作用。

汉诺威大学的合著者Hans-Peter Braun教授和Jennifer Senkler博士共同进行的研究证明,这种方法确实可行。他们能够弄清苔藓中的PPR蛋白需要​​什么:如果缺少,植物将不再能够正确地组装线粒体中所谓的呼吸链的机械,该机械用于产生能量。芥菜的工作是与Matthias Burger(乌尔姆大学)和Mizuki Takenaka教授(京都大学)合作完成的,这是成功进行国际合作的典范。

引用

University of Bonn. "Moss protein corrects genetic defects of other plants." ScienceDaily. ScienceDaily, 2 July 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200702144059.htm.

上一篇下一篇