近日，来自德国马克斯-普朗克研究所的研究团队在ThePlantCell在线发表了题为CorrectionofFrameshiftMutationsintheatpBGenebyTranslationalRecodinginChloroplastsofOenotheraandTobacco的研究论文。该研究为叶绿体中存在核糖体移码提供了遗传与生化证据。
研究背景：翻译重编码或核糖体移码是指在蛋白质合成的过程中核糖体略过核苷酸或在信使RNA模板上反向移动的现象。这是普遍存在于细菌中的蛋白质合成调节机制。作为植物光合细胞器，叶绿体拥有从蓝细菌中进化而来的基因组。然而，目前还没有明确的证据表明核糖体移码在叶绿体中具有功能。
核心问题：我们想要探究核糖体移码在叶绿体中是否发挥作用。如果是的话，它在植物体中扮演何种角色？
研究发现：月见草（Oenothera）的叶绿体自发突变体I-iota表现出花叶性状。该性状是由单个腺嘌呤核苷酸在atpB基因前部的寡聚腺嘌呤核苷酸（oligoA）片段中插入导致的。atpB基因编码叶绿体ATP合酶的β亚基。根据标准遗传编码法则，这一突变应该产生没有功能的蛋白。然而，I-iota突变体的叶片中却能检测到全长AtpB蛋白。这表示该突变体中应该存在一种校正机制。为了进一步研究这一现象，我们创建了一系列烟草叶绿体突变体。有意思的是，在烟草中引入I-iota突变“Nt-IM12(+1A)”使烟草产生了与月见草I-iota突变体相似的性状。除此之外，该烟草突变体也能合成具有正常功能的AtpB蛋白。与之相对，在atpB基因的oligoA片段中插入两个腺嘌呤核苷酸的烟草突变体“Nt-IM14(+2A)”具有绿色叶片并能够在土壤中生长。这些结果以及对ATP合酶和信使RNA的进一步分析证实“Nt-IM14(+2A)”突变体能够通过核糖体移码高效的校正双腺嘌呤核苷酸插入突变，且这一校正机制能够使突变植物恢复光合自养生长。
前景展望：我们希望探索核糖体移码在叶绿体基因调控机制中除了校正突变外的其它作用。
论文链接：