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两种定位于叶绿体的 MORF 蛋白作为伴侣蛋白,以维持四吡咯生物合成。

Two chloroplast-localized MORF proteins act as chaperones to maintain tetrapyrrole biosynthesis.

机构信息

Key Laboratory of Photobiology, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100093, China.

University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100049, China.

出版信息

New Phytol. 2022 Sep;235(5):1868-1883. doi: 10.1111/nph.18273. Epub 2022 Jul 1.

Abstract

Tetrapyrroles have essential functions as pigments and cofactors during plant growth and development, and the tetrapyrrole biosynthesis pathway is tightly controlled. Multiple organellar RNA editing factors (MORFs) are required for editing of a wide variety of RNA sites in chloroplasts and mitochondria, but their biochemical properties remain elusive. Here, we uncovered the roles of chloroplast-localized MORF2 and MORF9 in modulating tetrapyrrole biosynthesis and embryogenesis in Arabidopsis thaliana. The lack or reduced transcripts of MORF2 or MORF9 significantly affected biosynthesis of the tetrapyrrole precursor 5-aminolevulinic acid and accumulation of Chl and other tetrapyrrole intermediates. MORF2 directly interacts with multiple tetrapyrrole biosynthesis enzymes and regulators, including NADPH:PROTOCHLOROPHYLLIDE OXIDOREDUCTASE B (PORB) and GENOMES UNCOUPLED4 (GUN4). Strikingly, MORF2 and MORF9 display holdase chaperone activity, alleviate the aggregation of PORB in vitro, and are essential for POR accumulation in vivo. Moreover, both MORF2 and MORF9 significantly stimulate magnesium chelatase activity. Our findings reveal a previously unknown biochemical property of MORF proteins as chaperones and point to a new layer of post-translational control of the tightly regulated tetrapyrrole biosynthesis in plants.

摘要

四吡咯在植物生长和发育过程中作为色素和辅因子发挥着重要作用,四吡咯生物合成途径受到严格控制。多种细胞器 RNA 编辑因子 (MORFs) 是编辑叶绿体和线粒体中各种 RNA 位点所必需的,但它们的生化特性仍不清楚。在这里,我们揭示了定位于叶绿体的 MORF2 和 MORF9 在调节拟南芥中四吡咯生物合成和胚胎发生中的作用。MORF2 或 MORF9 的缺乏或减少转录物显著影响四吡咯前体 5-氨基乙酰丙酸的生物合成和 Chl 及其他四吡咯中间体的积累。MORF2 直接与多种四吡咯生物合成酶和调节剂相互作用,包括 NADPH:原叶绿素酸氧化还原酶 B (PORB) 和基因组未偶联 4 (GUN4)。引人注目的是,MORF2 和 MORF9 表现出分子伴侣的热休克蛋白活性,在体外减轻 PORB 的聚集,并对 POR 在体内的积累是必不可少的。此外,MORF2 和 MORF9 都显著刺激镁螯合酶的活性。我们的研究结果揭示了 MORF 蛋白作为分子伴侣的一个以前未知的生化特性,并指出了植物中严格调控的四吡咯生物合成的一种新的翻译后控制层。

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