质体 (或称叶绿体) 是植物特有的半自主性细胞器，也是光合作用发生的重要场所。质体具有一套独特的自身基因组，大约包含100个基因，编码了光合作用反应中的必需蛋白，而大量的调控蛋白由细胞核基因编码，协同维持质体光合作用功能。正常的质体基因表达对于维持光合作用至关重要，而转录后调控在质体基因表达中发挥着重要作用。光作为重要的环境因子，不仅可以驱动光合作用，也是调节质体基因表达的重要环境信号。然而，目前光对质体基因转录后调控的作用机制还不清楚。
近日，JIPB在线发表了广州中医药大学药用植物生理生态研究所王宏斌/靳红磊团队题为“Light signaling-dependent regulation of plastid RNA processing in Arabidopsis”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13779)，揭示了光信号调控质体基因转录后RNA加工的分子机制。
研究团队前期解析了光信号调控叶绿体蛋白翻译的分子机制 (PNAS，2018)，但转录后加工的光调控及作用机制还不清楚。质体RNA加工包括RNA的C-U编辑和内含子剪接两个关键环节，为了解光在质体RNA加工调控中的作用，研究人员全面分析了光处理前后模式植物拟南芥幼苗中质体RNA剪接和RNA编辑变化。结果发现，光能够促进多个质体基因RNA的剪接效率，包括rps12、ndhA、atpF、petB和rpl2。光诱导后可以明显提高accD-794和ndhF-290的RNA编辑效率，但降低clpP-559的编辑效率。
通过遗传学分析发现，光敏色素类光受体 (phyA/B) 和隐花色素类 (CRY1/2) 基因突变后显著影响质体RNA加工过程。在光信号转导过程中，经典光信号通路的关键调控因子 (包括COP1、HY5和PIFs) 在质体RNA剪接和编辑调控中发挥重要作用，COP1主要影响质体RNA编辑过程，PIFs主要调控质体RNA剪接过程，而HY5同时调控编辑和剪接两个过程。进一步研究发现，光可以调节转录因子 (包括HY5和PIF1) 与质体RNA加工因子编码基因的启动子结合能力。在RNA剪接因子调控方面，光信号主要调控SOT5、PPR4、AEF1、HCF152、PPR66以及PDM1等剪接因子表达；在RNA编辑调控方面，光信号主要调控OTP84、ECB2、RARE1、HEMC、CLB19以及GUN1等编辑因子表达。值得注意的是，在RNA加工过程中，编辑因子GUN1负调控clpP-559的RNA编辑效率。本研究揭示了光信号调控质体RNA加工的分子机制，为理解光信号依赖的质体基因表达的转录后调控机制提供了新的思路。
图1. 光调控质体RNA剪切和RNA编辑的工作模型
参考文献：
文章引用：
Hu, L., Wu, Q., Wu, C., Zhang, C., Wu, Z., Shi, M., Zhang, M., Duan, S., Wang, H. B., and Jin, H. L. (2024). Light signaling-dependent regulation of plastid RNA processing in Arabidopsis. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13779
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