PPR蛋白在植物生长发育中的作用

PPR蛋白在陆生植物中属于最大的蛋白家族之一,其成员种类和数量均十分庞大。PPR蛋白主要的功能是通过在多种细胞器中进行定位从而参与细胞核和细胞器中特异单链RNA的转录后修饰和编辑,在植物生长发育的多个阶段均发挥着重要的作用。多数PPR蛋白编码基因的突变体呈现异常的发育表型,如胚胎致死、发育迟缓及绿化延迟等。对近年来植物PPR蛋白的分类、定位、RNA修饰的机制及其对植物生长发育影响进行了综述,并展望了植物PPR发挥功能区域和参与的调控网络研究。     

PPR蛋白调控植物细胞器RNA加工的分子功能

35肽重复（pentatricopeptide repeat, PPR）蛋白是2000年发现的一类由多个重复单位串联而成的核编码蛋白质。PPR蛋白广泛存在于真核生物中,在陆生植物中尤为普遍。PPR蛋白大多定位于线粒体或叶绿体。多项研究表明,PPR蛋 白为序列特异性RNA结合蛋白质,在细胞器RNA编辑、剪接、稳定、切割及翻译等转录后加工过程发挥重要作用。PPR蛋白功能缺陷导致植物生长发育异常,甚至胚胎致死。本文主要就PPR蛋白功能及作用机制进行综述,并对尚待解决的问题及研究前景加以探讨,以期为PPR蛋白的深入研究提供思路。     

植物细胞器RNA编辑因子的功能及其作用机制 *

在植物线粒体和叶绿体转录本上,数百个胞嘧啶(C)位点经脱氨基反应变为尿嘧啶(U),这是一种在转录本水平上对遗传信息进行修饰或调控的机制.在植物细胞器中,RNA编辑过程需要不同家族的RNA编辑因子相互作用组装成复杂的编辑复合体,特异地识别编辑位点进行编辑.最初的研究发现,植物RNA编辑受到高特异性五环肽重复(pentatricopeptide repeat, PPR)蛋白的调控,目前在植物中发现400多种PPR家族蛋白,编辑作用复杂.之后对RNA编辑因子互作蛋白/多细胞器RNA编辑因子(RNA editing factor interacting proteins /multiple organellar RNA editing factors,RIP/MORF),细胞器RNA识别基序(organelle RNA recognition motif,ORRM),细胞器锌指蛋白(organelle zinc-finger,OZ)等的研究表明,这些非PPR蛋白组分可以与PPR蛋白形成编辑复合体,共同参与编辑,且RNA编辑复合体具有多样性.RNA编辑因子的缺失会引起植物的生长发育受阻,果实成熟延迟等,对RNA编辑因子的研究显得尤为重要.对植物中RNA编辑因子的功能及其作用机制研究进展进行综述,旨在为后续RNA编辑的研究提供一定的参考.     

植物细胞器RNA编辑因子的功能及其作用机制

在植物线粒体和叶绿体转录本上,数百个胞嘧啶(C)位点经脱氨基反应变为尿嘧啶(U),这是一种在转录本水平上对遗传信息进行修饰或调控的机制。在植物细胞器中,RNA编辑过程需要不同家族的RNA编辑因子相互作用组装成复杂的编辑复合体,特异地识别编辑位点进行编辑。最初的研究发现,植物RNA编辑受到高特异性五环肽重复(pentatricopeptide repeat,PPR)蛋白的调控,目前在植物中发现400多种PPR家族蛋白,编辑作用复杂。之后对RNA编辑因子互作蛋白/多细胞器RNA编辑因子(RNA editing factor interacting proteins/multiple organellar RNA editing factors,RIP/MORF)、细胞器RNA识别基序(organelle RNA recognition motif,ORRM)、细胞器锌指蛋白(organelle zinc-finger,OZ)等的研究表明,这些非PPR蛋白组分可以与PPR蛋白形成编辑复合体,共同参与编辑,且RNA编辑复合体具有多样性。RNA编辑因子的缺失会引起植物的生长发育受阻、果实成熟延迟等,对RNA编辑因子的研究显得尤为重要。对植物中RNA编辑因子的功能及其作用机制研究进展进行综述,旨在为后续RNA编辑的研究提供一定的参考。     

PPR蛋白参与RNA编辑机制的研究进展

RNA编辑是一种发生在转录后核苷酸特异位点的加工修饰现象,包括核苷酸的插入、删除和改变.高等植物中RNA编辑主要发生在线粒体与叶绿体中,具有重要的生物学功能,其机制仍在探索中.而PPR蛋白作为RNA编辑的反式作用因子,成为近几年来分子生物学的研究热点.该文就PPR蛋白、RNA编辑及PPR蛋白参与RNA编辑的机制等进行了综述.     

PPR蛋白在水稻生长发育中的功能研究进展

水稻是我国最主要的粮食作物之一.水稻的安全生产越来越依赖分子生物学功能基础研究.PPR(Pentatricopeptide repeat)蛋白是水稻中较大的蛋白家族之一,研究证明PPR蛋白由核基因编码并参与细胞器前体RNA加工,如RNA起始翻译、RNA稳定、RNA剪接、RNA编辑,调控水稻叶绿体和线粒体等的发育,进而影...     

番茄PPR基因家族的鉴定与生物信息学分析

PPR(Pentatricopeptide repeats)基因家族在植物中广泛存在, 其在植物生长发育过程中至关重要。文章采用生物信息学方法, 利用Pfam已鉴定的PPR保守结构域序列检索番茄(Solanum lycopersicum L.)基因组计划注释的蛋白序列, 最终确定了番茄中可能存在的471个PPR编码基因; 根据拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)中鉴定的各个结构域的特点对其进行了蛋白结构分析、分类和保守序列分析, 并对番茄PPR基因家族进行了系统进化树构建、染色体定位、亚细胞定位预测、表达和GO分析等。结果表明：番茄PPR基因家族分为P和PLS两个亚家族, 各占序列数目的一半, PLS亚家族又分为PLS、E、E+和DYW四类, 且在进化树中形成不同的分支; 各个结构域在植物中非常保守; PPR基因家族分布在番茄12条染色体上, 且多数无内含子结构; 大部分PPR蛋白具有线粒体或叶绿体定位序列, GO分析表明PPR蛋白参与RNA相关的生物学过程     

RNA编辑的研究进展

RNA编辑,即通过碱基的插入、删除和替换对RNA进行的转录后加工过程,这一表观遗传现象也被认为是在RNA水平上对遗传信息进行修复的一种修正机制.本文主要综述了目前植物中基于PPR基因家族等编辑复合体以及动物中关于CRISPR/Cas系统的两种RNA编辑系统,并介绍了RNA编辑在植物生长发育过程中的重要作用,并展望了RN...     

响应植物逆境胁迫的线粒体蛋白研究进展

线粒体是真核细胞的重要细胞器,在植物生长发育以及植物对逆境胁迫的响应方面起着重要的作用。除了线粒体呼吸系统蛋白如线粒体电子传递链(mETC)复合物、交替氧化酶(AOX)和解偶联蛋白(UCP),越来越多的线粒体蛋白如PPR、线粒体热激蛋白(HSC)、一氧化氮合酶相关蛋白(NOA)等被报道参与植物对逆境胁迫的调控过程。本文依次综述了参与植物逆境胁迫的呼吸系统蛋白、PPR蛋白、谷胱甘肽和谷氨酸蛋白酶类蛋白、分子伴侣相关蛋白等线粒体蛋白,并阐述了线粒体蛋白参与的胁迫种类及其分子调控的初步机制,为进一步揭示线粒体蛋白调控植物逆境胁迫的分子机制提供参考。     

Pentatricopeptide repeat proteins constrain genome evolution in chloroplasts

Higher plants encode hundreds of pentatricopeptide repeat proteins (PPRs) that are involved in several types of RNA processing reactions. Most PPR genes are predicted to be targeted to chloroplasts or mitochondria, and many are known to affect organellar gene expression. In some cases, RNA binding has been directly demonstrated, and the sequences of the cis-elements are known. In this work, we demonstrate that RNA cis-elements recognized by PPRs are constrained in chloroplast genome evolution. Cis-elements for two PPR genes and several RNA editing sites were analyzed for sequence changes by pairwise nucleotide substitution frequency, pairwise indel frequency, and maximum likelihood (ML) phylogenetic distances. All three of these analyses demonstrated that sequences within the cis-element are highly conserved compared with surrounding sequences. In addition, we have compared sequences around chloroplast editing sites and homologous sequences in species that lack an editing site due to the presence of a genomic T. Cis-elements for RNA editing sites are highly conserved in angiosperms; by contrast, comparable sequences around a genomically encoded T exhibit higher rates of nucleotide substitution, higher frequencies of indels, and greater ML distances. The loss in requirement for editing to create the ndhD start codon has resulted in the conversion of the PPR gene responsible for editing that site to a pseudogene. We show that organellar dependence on nuclear-encoded PPR proteins for gene expression has constrained the evolution of cis-elements that are required at the level of RNA processing. Thus, the expansion of the PPR gene family in plants has had a dramatic effect on the evolution of plant organelle genomes.     

Improved Computational Target Site Prediction for Pentatricopeptide Repeat RNA Editing Factors

Pentatricopeptide repeat (PPR) proteins with an E domain have been identified as specific factors for C to U RNA editing in plant organelles. These PPR proteins bind to a unique sequence motif 5′ of their target editing sites. Recently, involvement of a combinatorial amino acid code in the P (normal length) and S type (short) PPR domains in sequence specific RNA binding was reported. PPR proteins involved in RNA editing, however, contain not only P and S motifs but also their long variants L (long) and L2 (long2) and the S2 (short2) motifs. We now find that inclusion of these motifs improves the prediction of RNA editing target sites. Previously overlooked RNA editing target sites are suggested from the PPR motif structures of known E-class PPR proteins and are experimentally verified. RNA editing target sites are assigned for the novel PPR protein MEF32 (mitochondrial editing factor 32) and are confirmed in the cDNA.