1362· 南方农业学报 48卷 构,导致突变体光合作用缺陷而无法自养( Kobayas-与rbcL和PsbA启动子特异结合,而SlG1与未其结 hi et a.,2007)。 合。同样,拟南芥突变体SG6子叶也出现延迟绿化 叶绿体发生分化时,为了与细胞分裂及扩张相现象,而真叶以后呈正常绿色( Ishizaki et al.,2005)。 一致必须迅速增殖。随着叶片的发育,叶绿体逐渐此外,质体RNA的剪切和拼接也需要核基因编码 扩张变大,哑铃状叶绿体逐渐减少,表明其分裂发生蛋白参与调控。已有研究发现,拟南芥隐性基因突 于叶绿体形成早期。叶绿体分裂初期,两种FtsZ蛋变体cr2-1和c2-2的NDH复合体生成受到阻碍 白(FtsZ1和FsZ2)组成内分裂环,而外分裂环的主( Hashimoto et al.,2003)。Cm2编码植物组合和模 要组分尚未清楚。已有研究表明,质体分裂蛋白PDV1块化蛋白(PCMP)家族的成员(CCR2),CCR2作用 和PDV2在外膜结合胞质类动力蛋白组件 DRPSE,在于m7和mhB基因之间的剪切,推测其是ndhB基因 叶绿体内、外分裂环对齐,是细胞内叶绿体分裂速表达和翻译的必需蛋白。SVR/是一个编码定位于 度和程度的决定因素( Osteryoung and McAndrew,叶绿体的假尿苷()合成酶核基因,对叶绿体rRNA 2001)。拟南芥突变体phvl和p2中均含有大且不加工和蛋白翻译起调控作用,能抑制拟南芥黄化突 规则的叶绿体,但PDV1和PDV2蛋白超表达时,细胞变体wr2出现斑叶表型( Yu et al,2008)。 中会产生比野生型小而多的叶绿体( Miyagishima 三角状五肽重复区(PPR)是一个简并的35-氨 etal.,2006; Okazaki et al,2009)。值得注意的是,基酸重复区域,广泛存在于真核生物细胞中,对质体 PDV蛋白在分生组织中含量较高,表明其与叶绿体核糖体分化起重要作用。已有研究证实,一些PPR 分裂速率及叶龄有关,但FtsZ2和DRP5B蛋白含量在蛋白通常通过绑定RNA来调控叶绿体基因转录后水 叶片发育过程中保持不变( Okazaki et al.,2009)。 平。 Schmitz- Linneweber等(2006)研究了玉米ppr4 4叶绿体蛋白代谢 基因的功能,发现pp4基因编码一个包含PPR区域 和RNA识别位点的叶绿体定位蛋白,突变体PD4呈 4.1叶绿体蛋白的合成 胚芽致死表型,反向遗传检查发现其缺乏rs2反式 叶绿体作为半自主性细胞器,拥有自身的基因剪切,表明PR4是质体12反式剪切因子。质体 组DNA,具有遗传信息表达系统,能独立转录、翻译30s核糖体蛋白S21是质体核糖体的重要组分,负责 生成蛋白质。高等植物的叶绿体DNA为双链共价质体中蛋白质的翻译。S21由GHS/基因编码,其突 闭合环状分子,大小120~170kb,约130个基因。叶变体ghs表现为翻译的蛋白质减少光合能力下降、 绿体基因转录、RNA加工及蛋白翻译需要核编码蛋叶绿体发育受阻,叶片呈浅绿色(Mita- Yamamuro 白参与调控。这些过程发生异常即会影响叶绿体的etal,200)叶绿体中蛋白质的合成是由核糖体亚 发育,从而影响叶色表型。 基启动,包括肽链的起始、伸长、终止和核糖体再循 叶绿体DNA转录所需的RNA聚合酶包括核基环,最后一步是由起始因子3(IF3)、核糖体循环因子 因编码的聚合酶(NEP)和质体基因编码的聚合酶(RF)和延伸因子G(EFG)共同作用解离成稳定的 (PEFP)。 Williams-Carrier等(2014)研究发现,由PEP核糖体亚基( Hirokawa et al,2005Mura等(2007) 相关蛋白 ZmPTAO2、 ImMurE、 ZmPTAC10、ZmP 在拟南芥斑叶突变体γar2中发现一个能抑制突变体 TAC12和 ZmPRIN2缺失引起的5个黄化突变体呈相斑叶表型的蛋白(FUG1),该蛋白为原核翻译起始因 似的黄化表型,细胞中含有较少的质体核糖体和光子2(cpHF2)的同源蛋白,是质体的翻译起始因子。 合复合物表明PE在质体RNAs转录和光合机构组 Albrecht等(200)研究发现,拟南芥突变体sco子叶 装过程中起关键作用。目前研究发现一类与PEP具表现白化,真叶为正常绿叶;并证实其突变基因编码 有启动子结合特异性的类西格玛转录因子(SIGs),叶绿体EF-G,该基因突变导致70s核糖体结合区域 能调控PEP核心酶蛋白活性,在叶绿体PEP与启动子 的一个氨基酸发生置换 的结合过程中发挥关键作用( Chi et a,2010)。其 4.2叶绿体蛋白的修饰与降解 中,在拟南芥中发现6类SIG转录因子(SIG1~SIG6) 叶绿体中蛋白质翻译后信号肽剪切、蛋白折叠 可在PEP作用下启动特异基因转录。Pat等(2003)和修饰等过程出现错误均会导致叶绿体发育异常。 应用反义转基因方法研究SIG1、SG2和SG3转录因类囊体膜脂合成涉及相关蛋白质的折叠及其在膜脂 子的功能,结果发现敲除SG2的拟南芥植株呈缺叶中的整合。基质加工肽酶(SP)是一类位于叶绿体 绿素表型,且仅子叶呈黄色,真叶以后呈绿色;体外基质的金属内肽酶,能特异性识别并切除叶绿体转 试验表明,虽然SIG1和SG2均在幼苗中表达,SG2运肽序列。水稻突变体SPP幼苗的叶片呈黄化失绿·1362· 南 方 农 业 学 报 48卷 构，导致突变体光合作用缺陷而无法自养（Kobayas￾hi et al.，2007）。 叶绿体发生分化时，为了与细胞分裂及扩张相 一致必须迅速增殖。随着叶片的发育，叶绿体逐渐 扩张变大，哑铃状叶绿体逐渐减少，表明其分裂发生 于叶绿体形成早期。叶绿体分裂初期，两种FtsZ蛋 白（FtsZ1和FtsZ2）组成内分裂环，而外分裂环的主 要组分尚未清楚。已有研究表明，质体分裂蛋白PDV1 和PDV2在外膜结合胞质类动力蛋白组件DRP5B，在 叶绿体内、外分裂环对齐，是细胞内叶绿体分裂速 度和程度的决定因素（Osteryoung and McAndrew， 2001）。拟南芥突变体pdv1和pdv2中均含有大且不 规则的叶绿体，但PDV1和PDV2蛋白超表达时，细胞 中会产生比野生型小而多的叶绿体（Miyagishima et al.，2006；Okazaki et al.，2009）。值得注意的是， PDV蛋白在分生组织中含量较高，表明其与叶绿体 分裂速率及叶龄有关，但FtsZ2和DRP5B蛋白含量在 叶片发育过程中保持不变（Okazaki et al.，2009）。 4 叶绿体蛋白代谢 4. 1 叶绿体蛋白的合成 叶绿体作为半自主性细胞器，拥有自身的基因 组DNA，具有遗传信息表达系统，能独立转录、翻译 生成蛋白质。高等植物的叶绿体DNA为双链共价 闭合环状分子，大小120~170 kb，约130个基因。叶 绿体基因转录、RNA加工及蛋白翻译需要核编码蛋 白参与调控。这些过程发生异常即会影响叶绿体的 发育，从而影响叶色表型。 叶绿体DNA转录所需的RNA聚合酶包括核基 因编码的聚合酶（NEP）和质体基因编码的聚合酶 （PEP）。Williams-Carrier等（2014）研究发现，由PEP 相 关 蛋 白 ZmPTAC2、ZmMurE、ZmPTAC10、ZmP￾TAC12和ZmPRIN2缺失引起的5个黄化突变体呈相 似的黄化表型，细胞中含有较少的质体核糖体和光 合复合物，表明PEP在质体tRNAs转录和光合机构组 装过程中起关键作用。目前研究发现一类与PEP具 有启动子结合特异性的类西格玛转录因子（SIGs）， 能调控PEP核心酶蛋白活性，在叶绿体PEP与启动子 的结合过程中发挥关键作用（Chi et al.，2010）。其 中，在拟南芥中发现6类SIG转录因子（SIG1~SIG6）， 可在PEP作用下启动特异基因转录。Privat等（2003） 应用反义转基因方法研究SIG1、SIG2和SIG3转录因 子的功能，结果发现敲除SIG2的拟南芥植株呈缺叶 绿素表型，且仅子叶呈黄色，真叶以后呈绿色；体外 试验表明，虽然SIG1和SIG2均在幼苗中表达，SIG2 与rbcL和PsbA启动子特异结合，而SIG1与未其结 合。同样，拟南芥突变体SIG6子叶也出现延迟绿化 现象，而真叶以后呈正常绿色（Ishizaki et al.，2005）。 此外，质体RNA的剪切和拼接也需要核基因编码 蛋白参与调控。已有研究发现，拟南芥隐性基因突 变体crr2-1和crr2-2的NDH复合体生成受到阻碍 （Hashimoto et al.，2003）。Crr2编码植物组合和模 块化蛋白（PCMP）家族的成员（CCR2），CCR2作用 于rps7和ndhB基因之间的剪切，推测其是ndhB基因 表达和翻译的必需蛋白。SVR1是一个编码定位于 叶绿体的假尿苷（Ψ）合成酶核基因，对叶绿体rRNA 加工和蛋白翻译起调控作用，能抑制拟南芥黄化突 变体var2出现斑叶表型（Yu et al.，2008）。 三角状五肽重复区（PPR）是一个简并的35-氨 基酸重复区域，广泛存在于真核生物细胞中，对质体 核糖体分化起重要作用。已有研究证实，一些PPR 蛋白通常通过绑定RNA来调控叶绿体基因转录后水 平。Schmitz-Linneweber等（2006）研究了玉米ppr4 基因的功能，发现ppr4基因编码一个包含PPR区域 和RNA识别位点的叶绿体定位蛋白，突变体ppr4呈 胚芽致死表型，反向遗传检查发现其缺乏rps12反式 剪切，表明PPR4是质体rps12反式剪切因子。质体 30S核糖体蛋白S21是质体核糖体的重要组分，负责 质体中蛋白质的翻译。S21由GHS1基因编码，其突 变体ghs1表现为翻译的蛋白质减少、光合能力下降、 叶绿体发育受阻，叶片呈浅绿色（Morita-Yamamuro et al.，2004）。叶绿体中蛋白质的合成是由核糖体亚 基启动，包括肽链的起始、伸长、终止和核糖体再循 环，最后一步是由起始因子3（IF3）、核糖体循环因子 （RRF）和延伸因子G（EF-G）共同作用解离成稳定的 核糖体亚基（Hirokawa et al.，2005）。Miura等（2007） 在拟南芥斑叶突变体var2中发现一个能抑制突变体 斑叶表型的蛋白（FUG1），该蛋白为原核翻译起始因 子2（cpIF2）的同源蛋白，是质体的翻译起始因子。 Albrecht等（2006）研究发现，拟南芥突变体sco1子叶 表现白化，真叶为正常绿叶；并证实其突变基因编码 叶绿体EF-G，该基因突变导致70S核糖体结合区域 的一个氨基酸发生置换。 4. 2 叶绿体蛋白的修饰与降解 叶绿体中蛋白质翻译后信号肽剪切、蛋白折叠 和修饰等过程出现错误均会导致叶绿体发育异常。 类囊体膜脂合成涉及相关蛋白质的折叠及其在膜脂 中的整合。基质加工肽酶（SPP）是一类位于叶绿体 基质的金属内肽酶，能特异性识别并切除叶绿体转 运肽序列。水稻突变体SPP幼苗的叶片呈黄化失绿