水稻叶绿体编码基因Osrps8的RNA编辑的生物学功能及其调控机制研究

The development of plastid determine the development, the structure and the physiology of the entire plant. Plastid (chloroplast) has its own genome and gene expression regulation mechanism. Plastid RNA editing is an important posttranscriptional process, and used as control checkpoints in plastid protein expression. In our previous study, we characterized a rice mutant ltb1 with less tiller branch. Notably, ltb1 exhibited reduced chlorophyll content, less photosynthetic efficiency and with affected chloroplast development. Editing of Osrps8(TCA) was completely lost in ltb1, which lead to the corresponding site encoded the amino acid “Ser” but not “Leu” as in the wild type. . In this study, using the established plastid transformation system and nuclear transformation system in rice and tobacco, it will allow us to specifically knock out rps8 and achieve precise base modification of Osrps8(TCA) site, thus, will help us to elucidate the biological significance of Osrps8 and its editing in rice chloroplast development and photosynthesis. On the other side, using the high-throughput analysis platform of RNA editing with rice germplasms, we wanted to further characterize the editosome component. Then following molecular and biochemical method, we wanted to deep dissect 1-2 regulatory proteins of Osrps8(TCA) RNA editing. Together, our work will help to comprehensively analyze the mechanism of Osrps8(TCA) editing in rice.

质体（叶绿体）的发育对于植物的生长有重要作用。它具有自身的基因组和基因表达调控机制。RNA编辑是转录后调控的主要方式之一，参与质体基因表达和蛋白结构的调控。本室前期研究获得了一个少分蘖型水稻突变体（ltb1），突变体中光合效率降低，且叶绿体发育异常。检测发现突变体中质体编码的核糖体小亚基蛋白RPS8的特异位点未发生RNA编辑，导致编码的氨基酸改变。. 本课题一方面拟结合已有突变体，利用课题组成熟的质体转化体系以及核转化体系，实现rps8单基因敲除和特异碱基突变，获得一系列rps8相关突变体，从而深入分析rps8，尤其是特异位点的RNA编辑在叶绿体发育和光合作用中的生物学功能。另一方面，本项目将利用本室拥有的水稻种质资源以及高通量RNA编辑检测平台，进一步挖掘调控Osrps8(TCA)的RNA编辑的相关基因，并通过分子生物学和生化手段，解析调控Osrps8的RNA编辑的分子机理。

叶绿体基因表达涉及数百个RNA结合蛋白PPR的参与，PLS亚家族中的蛋白质通常参与RNA编辑，而P亚家族中的蛋白质通常参与稳定RNA、激活翻译或促进内含子剪接。一类P型PPR蛋白包含一个小的MutS相关（SMR）结构域，但SMR结构域的生化作用仍然是个谜。本项目我们深入研究了水稻突变体osatp4。ATP4是一种PPR-SMR蛋白。osatp4突变体为褪绿突变体，在寒冷环境中生长时存在质体核糖体缺陷。与玉米ATP4一样，OsATP4也是积累双顺反子rpl16-rpl14转录本所必需的。令人惊讶的是，OsATP4还需要用于编辑核糖体蛋白S8转录本rps8中的特定核苷酸，并且该功能在玉米中保持不变。相反，在玉米突变体pgr3中，rps8 RNA被正常编辑，该突变体也缺乏rpl16-rpl14转录本，这表明atp4突变体中的编辑缺陷不是rpl16-rpl14 RNA代谢改变的次要影响。经编辑的rps8亚型在转基因osatp4突变体中的表达补充了冷敏感表型，表明rps8表达缺陷解释了冷敏感。表明rps8的RNA编辑在叶绿体发育和光合作用中的重要生物学功能。通过分子生物学和生化手段，结合蛋白结构预测，我们认为ATP4通过促进一个先前被鉴定的PLS型RNA编辑因子进入其同源顺式元件上游编辑的核苷酸，从而刺激rps8编辑，解析调控rps8的RNA编辑的分子机理。