拟南芥质体转录激活复合物组分pTAC6调控叶绿体基因表达的研究

The core subunits of plastid-encoded RNA polymerase associated with several nucleus-encoded factors are involved in chloroplast gene expression in higher plant. These nucleus-encoded factors play regulatory roles in chloroplast gene expression, but their regulatory mechanisms remain unclear. pTAC6 contains one DNA-binding domain, and is one essential subunit of PEP complex. The ptac6 mutant displays albino phenotype and decreased PEP-dependent chloroplast transcripts. In this project, we would characterize chloroplast transcripts of ptac6, and investigate the characteristic of chloroplast genome DNA which binds pTAC6. We also would determine whether pTAC6 stimulate chloroplast transcription or not. We would determine which core subunits or PAPs interacts with pTAC6, and investigate the accumulation of PAPs during early stage of chloroplast development as well as their response to change of ligh to dark. Additionally, we would identified the phosphorylated sites that are phosphorylated by cpCK2, and investigate the effect of phosphorylation on the function of pTAC6. The accomplishment of this project would clarify the molecular mechanism of pTAC6 in chloroplast gene expression.

高等植物PEP 聚合酶的核心亚基同多个核编码的因子一起参与调控高等植物叶绿体基因表达。不过，这些因子的功能多数还不清楚，pTAC6就是其中之一。pTAC6具有DNA结合能力的功能域，是PEP 复合物中的必需组分。拟南芥ptac6 突变体为白化表型，其PEP 依赖的叶绿体基因的表达降低。本项目，我们将结合遗传学，生化与分子生物学等手段阐明ptac6 突变体叶绿体转录本特征，探讨pTAC6 结合叶绿体DNA 的特点；我们也将确定pTAC6 在植物体内是否促进叶绿体基因的转录；我们将阐明pTAC6 同PEP 核心亚基以及其他必需组分之间的关系，探讨叶绿体早期发育过程中包括pTAC6在内的PAPs蛋白的积累情况以及这些蛋白对光暗变化的响应。我们也将确定pTAC6 被叶绿体激酶cpCK2 的磷酸化位点，探讨磷酸化对pTAC6 功能的影响。本项目的完成将揭示该基因在调控叶绿体基因表达过程中的分子机理。

染色体转录激活复合物（TAC，transcriptional active chromosome）参与调控叶绿体基因的表达。拟南芥TAC复合物中至少有35个成员，其中部分成员的功能尚不清楚。本项目研究了其中的成员pTAC6的功能。ptac6突变体表现为白化表型且是幼苗致死的; 同样的，NbpTAC6基因沉默的烟草叶片表现为白化表型。电镜观察表明，ptac6突变体中叶绿体以及NbpTAC6基因沉默的烟草叶片中叶绿体空泡化严重，仅有少数片层结构。ptac6突变体和NbpTAC6基因沉默的烟草中PEP（Plastid-encoded RNA polymerase, PEP）依赖的叶绿体基因的表达明显降低。生化分析表明，pTAC6同类囊体膜相联系且叶绿体PEP复合物的核心亚基RpoB共迁移，且其同PEP复合物中必需组分TRX z有相互作用。另外，拟南芥叶绿体激酶cpCK2能够磷酸化pTAC6；同时，质谱分析鉴定出pTAC6的磷酸化位点Ser122和Ser214，并探讨了这些磷酸化位点对其功能的影响。pTAC6具有核酸结合能力以及转录激活能力。PAPs基因(如pTAC2, pTAC6 和pTAC7)的表达在转录水平上受到光诱导。利用PAPs标签植株分析发现，PAPs蛋白的表达也受到光诱导，进一步分析发现，暗培养的黄化苗中也能检测到PAPs蛋白。这表明，暗培养条件下的黄化体中就可能组装了PEP复合物，为黄化体到叶绿体的转化过程质体基因的表达提供准备。这些研究工作丰富了人们在分子水平上对高等植物叶绿体PEP复合物以及叶绿体基因表达调控的认识。