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叶绿体是光合作用的重要场所，也是植物特有的半自主性细胞器，具有自身基因组。叶绿体和植物细胞中其他基因组状态之间的协同对于植物细胞光合功能维持至关重要。然而，目前对于核质基因组稳态的协调机制却知之甚少。本综述总结了近年来植物细胞中叶绿体与其他细胞器基因组稳定性状态之间的协调途径及机制，包括：叶绿体与线粒体基因组的稳态交流、叶绿体与细胞核之间基因组稳态交流以及由发育和环境因素引发的基因组稳态交流。
中文题目：植物细胞中叶绿体和其他细胞器基因组稳态的交流：途径与机制
英文原题：Coordination of genome stability: Novel communication pathways between chloroplasts and other compartments in plant cells
通讯作者：靳红磊，广州中医药大学
王宏斌，广州中医药大学
第一作者：段素娟，广州中医药大学
关键词：叶绿体；细胞核；线粒体；基因组稳定性；信号交流
背景介绍
植物细胞包含细胞核、叶绿体和线粒体三种类型的基因组，这些细胞器基因组之间通过复杂的细胞信号传导网络沟通交流，这种严格调控的通讯网络对植物的发育和适应环境至关重要。本文总结了近年来植物细胞中叶绿体与其他细胞器基因组稳定性状态之间的协调机制包括：叶绿体与线粒体、细胞核之间关于基因组稳定性的交流；由发育和环境因素引发的基因组稳定性交流及其在植物生长；发育和逆境响应中的重要作用（图1）。
图1叶绿体基因组与其他细胞器基因组稳态交流总结
研究综述
（1）叶绿体与线粒体基因组稳定性的交流
叶绿体和线粒体是半自主细胞器，具有自己独特的基因组。在植物细胞中，一些与复制、维护和修复细胞器基因组相关的蛋白质具有双重或多重定位，发挥着协调基因组稳定性的关键作用。其中一些关键蛋白质已在模式植物拟南芥中进行了初步研究。
（2）叶绿体与细胞核之间关于基因组稳定性的交流
叶绿体基因组的不稳定性通过调控叶绿体向细胞核的逆向信号，通过调节细胞周期基因，增强核内复制并改变细胞周期调控。证明了叶绿体基因组通过调节核内复制和细胞周期来与核基因组协调以维持基因组稳定性（图1）。此外，一种双定位蛋白的研究揭示了叶绿体和细胞核之间基因组通信的另一种模式，可能在协调细胞核和叶绿体之间的基因组稳定性过程中发挥关键作用。
（3）由发育和环境因素引发的基因组稳定性交流
植物的发育和环境因素也会促使细胞核、叶绿体和线粒体之间的基因组稳定性密切协调。线粒体、叶绿体和细胞核之间的DNA转移可能导致基因组的不稳定性。表观遗传调控主要包括DNA甲基化和组蛋白修饰，对于保持植物细胞核基因组对细胞器DNA序列插入的稳定性起到重要作用。
这为我们了解叶绿体与其他细胞器基因组稳定性状态之间的协调机制提供了新的见解， 同时也提出了一些待解决的问题。为未来揭示植物细胞内基因组稳定性的调控机制的研究提供方向，也有助于我们从新的角度理解植物的生长和适应环境的机制。
展望：
（1）其他来自叶绿体的信号，包括关于光合作用，状态转换，代谢物的信息水平，或一些未知的生物过程，也可能调节核基因组稳定的新机制。
（2）不同细胞器之间起协调分子事件的关双或多定位蛋白可能仍有待鉴定。
（3）探索在不同的发育阶段叶绿体与细胞核的协调机制会增强我们对叶绿体与其他细胞器间交流的理解。
（4）了解环境因素是否促进叶绿体和核基因组之间的交流以维持其稳定性将是未来的一大研究兴趣。
主要作者简介
靳红磊 教授，2014年获中山大学博士学位，后在中山大学生命科学学院工作。2018年加入广州中医药大学，现任药用植物生理与生态研究所所长、中药学院副院长。主持国家自然科学基金优秀青年科学基金项目，主要研究方向为药用植物叶绿体生物学和生物技术。
王宏斌 教授，2005年获中山大学博士学位，后在中山大学生命科学学院工作。2019年加入广州中医药大学，现任广州中医药大学副校长。国家杰出青年科学基金获得者，主要研究方向为植物生理学和药物植物学。
段素娟 讲师，2019年获得中山大学博士学位。自2019年起在广州中医药大学中药学学院任教。研究兴趣集中在核质体协调与中药环境调控研究。
引用本文
Sujuan Duan, Yajun Zeng, Hong-Bin Wang et al., Coordination of genome stability: Novel communication pathways between chloroplasts and other compartments in plant cells. Fundamental Research, doi.org/10.1016/j.fmre.2024.03.027.
原文链接（复制到浏览器中查看）：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001560
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