Fudan Gao|Junhao Li|Qiang Xin|Li-Ping Che|Dandan Lu|Yonghong Li|Lianwei Peng
上海植物种质资源工程技术研究中心，上海植物种质资源开发协同创新中心，上海师范大学生命科学学院，中国上海 200234
摘要
叶绿体核糖体的生物合成对叶绿体的发育至关重要，然而调控叶绿体rRNA成熟的机制仍不完全清楚。在本研究中，我们探讨了DEFECTIVE CHLOROPLASTS AND LEAVES (DCL)基因在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中叶绿体rRNA加工中的作用。DCL基因在光合真核生物中保守，并定位于叶绿体中，而其同源基因则表现出不同的定位模式，包括叶绿体-线粒体双重定位和核特异性定位。DCL基因的缺失会导致幼苗致死和象牙叶表型，并伴随叶绿体核糖体积累严重减少。RNA印迹和环化RT-PCR分析表明，DCL基因对于16S rRNA和23S-4.5S双顺反子前体的准确加工以及23S rRNA的正确“隐藏断裂”处理是必需的。酵母双杂交实验显示，DCL基因与参与叶绿体rRNA加工的三个关键因子发生物理相互作用，这些因子包括类似mini-RNase III的酶RNC3/RNC4、核糖核酸酶RNase J（RNJ）和内切酶YbeY。因此，我们的研究结果表明，DCL是一个关键的真核生物特异性因子，它协调叶绿体rRNA成熟过程中的早期内切切割步骤，从而确保核糖体的正确组装和叶绿体的翻译。
章节摘要
引言
叶绿体是通过内共生作用从蓝细菌演化而来的半自主细胞器[1]。由于基因转移到宿主基因组以及进化过程中的基因丢失，叶绿体基因组中仅保留了大约120个基因[2]、[3]。其中，大多数基因编码光合作用机制的主要亚基以及基因表达系统的组成部分，如RNA聚合酶亚基、核糖体蛋白、核糖体RNA（rRNAs）和转运RNA（tRNAs）。
植物材料与生长条件
T-DNA插入突变体（SAIL_181_E06）来自NASC（诺丁汉拟南芥种质中心）。植物在含有3%蔗糖和0.7%琼脂的MS培养基上生长，培养条件为23°C，光照周期为12小时/12小时（光照强度为50 μmol photons m-2 s-1）。为了补充突变体，我们从Col-0基因组DNA中扩增了一个包含整个DCL基因组序列（AT1G45230）及其968 bp启动子序列的DNA片段，所用引物在文中有详细说明。光合真核生物中存在DCL同源基因
拟南芥的DCL基因由AT1G45230编码，包含219个氨基酸[34]。该基因具有一个用于叶绿体定位的N端区域和一个含有保守的DUF3223结构域（未知功能结构域3223）的C端区域。BLAST搜索显示，拟南芥还有两个额外的DCL同源基因，分别为AT3G46630和AT5G62440/DOMINO1，它们的长度分别为207个和202个氨基酸（图1A）[34]、[38]。这些与DCL相关的蛋白质都含有DUF3223结构域。讨论
功能性叶绿体核糖体的生物合成是一个基本但尚未完全理解的过程，对植物的生长和发育至关重要[10]。在本研究中，我们发现含有DUF3223结构域的蛋白质DCL是叶绿体中多个rRNA加工步骤所必需的关键因子。我们的研究结果表明，DCL功能的缺失会导致叶绿体发育严重缺陷，包括出现象牙叶表型等。
作者贡献声明
Dandan Lu：资金获取、数据管理。Li-Ping Che：数据可视化、方法学设计、实验研究、数据管理。Lianwei Peng：初稿撰写、数据可视化、结果验证、项目管理、资金获取、数据管理、概念构思。Yonghong Li：初稿撰写、实验研究、数据管理、概念构思。Fudan Gao：初稿撰写、数据可视化、方法学设计、实验研究、资金获取、数据管理。Qiang Xin：初稿撰写
资金来源
本研究得到了中国国家重点研发计划（2023YFA0914600）、上海植物种质资源工程技术研究中心（17DZ2252700）以及河南合成生物学与生物制造重点实验室开放项目资助的支持。
