SlPPR138介导的rpoC1 RNA编辑对番茄叶绿体发育的关键作用及机制研究

本研究揭示了番茄DYW型PPR蛋白SlPPR138通过调控叶绿体基因rpoC1的RNA编辑过程，在叶绿体发育中的关键作用。研究人员发现gret1突变体表现出独特的可逆性叶绿素缺失表型，通过图位克隆鉴定出SlPPR138基因的T-to-C突变导致其功能丧失。该研究阐明了SlPPR138通过特异性调控PEP核心亚基rpoC1的RNA编辑效率，影响质体编码RNA聚合酶(PEP)活性，进而调控叶绿体发育的分子机制，为作物光合效率改良提供了新靶点。

　　

在植物王国中，叶绿体被称为"绿色工厂"，负责将阳光转化为生命所需的能量。然而这个精密工厂的建造过程仍有许多未解之谜，特别是在早期发育阶段的可逆性调控机制。番茄作为重要的经济作物和模式植物，其叶绿体发育异常常导致叶片黄化、光合效率下降等表型，严重影响作物产量。目前已知质体编码RNA聚合酶(PEP)在叶绿体发育中起核心作用，但调控PEP活性的分子开关，特别是通过RNA编辑这一转录后调控方式的精确控制机制仍不清楚。

浙江大学农业与生物技术学院园艺系的研究团队在《Horticulture Research》发表了一项突破性研究，发现了一个名为SlPPR138的DYW型PPR蛋白通过调控rpoC1基因的RNA编辑过程，成为叶绿体早期发育的关键调控因子。研究人员从自发突变体gret1入手，该突变体表现出独特的可逆性叶绿素缺失表型——幼叶黄化但随叶片成熟逐渐转绿。通过图位克隆结合CRISPR/Cas9基因编辑技术，证实SlPPR138基因的T-to-C突变导致其功能丧失。进一步研究发现，SlPPR138特异性调控PEP核心亚基rpoC1的RNA编辑效率，从而影响PEP活性，这一发现为理解叶绿体发育的可塑性调控提供了新视角。

研究采用了多学科交叉的技术路线：通过BSA-seq(混池分离群体分析)进行基因定位；利用CRISPR/Cas9构建基因敲除株系；采用透射电镜观察叶绿体超微结构；通过qRT-PCR分析基因表达模式；结合叶绿体RNA编辑位点测序分析等技术手段。研究材料来自番茄自交系'T12404'及其衍生的gret1突变体。

【Identification and phenotypic characterization of the gret1 mutant】
研究发现gret1突变体表现出独特的发育可逆性表型：子叶和新生叶片呈现黄化，但随着叶片成熟逐渐转绿。农艺性状分析显示早期生长阶段植株矮化，生物量减少约50%，但后期生长恢复正常。光合参数测定显示突变体净光合速率(P_n)下降57%，同时叶绿素含量仅为野生型的44%。透射电镜观察发现突变体早期叶绿体类囊体结构紊乱，但成熟叶绿体结构恢复正常。

【Map-based cloning identifies SlPPR138 as the causal gene】
通过图位克隆将目标基因定位在3号染色体约1.5Mb区间，测序发现SlPPR138基因第353位氨基酸由半胱氨酸(Cys)突变为精氨酸(Arg)。遗传互补实验证实SlPPR138可完全恢复突变体表型，而CRISPR/Cas9敲除株系则重现了突变体表型，验证了SlPPR138的功能。

【SlPPR138 encodes a DYW-type PPR protein found in chloroplasts】
SlPPR138编码含11个PPR基序的DYW型蛋白，亚细胞定位证实其定位于叶绿体。表达分析显示该基因在叶片中高表达，且在gret1突变体幼叶中表达显著降低。

【SlPPR138 mutant exhibits decreased PEP activity during early leaf development】
基因表达分析发现，gret1突变体幼叶中PEP依赖性基因(如psaA、psbA、rbcL)表达显著下调，而成熟叶片中恢复正常。PEP核心亚基基因(rpoA、rpoB、rpoC1、rpoC2)的表达也呈现相似模式，提示PEP活性在突变体早期发育阶段受损。

【SlPPR138 is crucial for RNA editing of rpoC1 during early leaf development】
关键发现表明SlPPR138特异性调控rpoC1转录本的RNA编辑。在突变体幼叶中，rpoC1的T-to-C编辑效率降低约60%，而其他PEP亚基基因的编辑不受影响。互补株系可恢复编辑效率，证实SlPPR138通过调控rpoC1编辑影响PEP组装。

这项研究首次揭示了番茄中PPR蛋白通过RNA编辑调控叶绿体发育的可逆性机制。SlPPR138作为"分子开关"，通过精确调控rpoC1编辑效率来调节PEP活性，从而控制叶绿体发育进程。这一发现不仅丰富了植物器官发育可塑性的理论认识，更重要的是为作物光合效率改良提供了新思路——通过调控RNA编辑过程实现叶绿体功能的精准优化。研究提出的"早期缺陷-后期恢复"模型，为高