シロイヌナズナのAtRsgAは葉緑体リボソームのスモールサブユニットの成熟に重要な役割を果たしている

AtRsgA from Arabidopsis thaliana is important for maturation of the small subunit of the chloroplast ribosome.

• Marcin Janowski
• Reimo Zoschke
• Lars B Scharff
• Silvia Martinez Jaime
• Camilla Ferrari
• Sebastian Proost
• Jonathan Ng Wei Xiong
• Nooshin Omranian
• Magdalena Musialak-Lange
• Zoran Nikoloski
• Alexander Graf
• Mark A Schöttler
• Arun Sampathkumar
• Neha Vaid
• Marek Mutwil

抄録

プラスチッドリボソームは、その構造と機能が細菌の祖先のリボソームと非常によく似ています。リボソームの生合成は、生物学的条件下では熱力学的に有利ではないため、多くのアセンブリー因子の活性を必要とする。ここでは、シロイヌナズナの細菌RsgAのホモログの特徴を明らかにし、細菌のホモログを補完できることを示した。一方、弱い突然変異体では、未熟なプレ16SリボソームRNAを翻訳リボソームに組み込んだ矮性植物が発生した。変異体植物の生理学的解析を行ったところ、メソフィル細胞内の葉緑体は小さくなったが、数は多くなり、クロロフィルaとbの減少、リブメリステムからの原生植物の枯渇、光合成の電子輸送速度と効率の低下が明らかになった。弱い突然変異体と野生型植物の比較RNAシークエンスとプロテオミクス解析を行ったところ、突然変異体では様々な生物学的ストレスに関連した転写制御や転写後修飾経路が抑制されていることが明らかになった。興味深いことに、突然変異体では、核や葉緑体にコードされる光合成関連タンパク質の量が減少する一方で、それに対応する転写産物が増加していた。以上、本研究では、葉緑体リボソームアセンブリー因子の存在を明らかにし、葉緑体機能低下時に活性化される代償機構のトランスクリプトームおよびプロテオーム応答の概要を明らかにした。

Plastid ribosomes are very similar in structure and function to the ribosomes of their bacterial ancestors. Since ribosome biogenesis is not thermodynamically favorable under biological conditions it requires the activity of many assembly factors. Here we have characterized a homolog of bacterial RsgA in Arabidopsis thaliana and show that it can complement the bacterial homolog. Functional characterization of a strong mutant in Arabidopsis revealed that the protein is essential for plant viability, while a weak mutant produced dwarf, chlorotic plants that incorporated immature pre-16S ribosomal RNA into translating ribosomes. Physiological analysis of the mutant plants revealed smaller, but more numerous, chloroplasts in the mesophyll cells, reduction of chlorophyll a and b, depletion of proplastids from the rib meristem and decreased photosynthetic electron transport rate and efficiency. Comparative RNA sequencing and proteomic analysis of the weak mutant and wild-type plants revealed that various biotic stress-related, transcriptional regulation and post-transcriptional modification pathways were repressed in the mutant. Intriguingly, while nuclear- and chloroplast-encoded photosynthesis-related proteins were less abundant in the mutant, the corresponding transcripts were increased, suggesting an elaborate compensatory mechanism, potentially via differentially active retrograde signaling pathways. To conclude, this study reveals a chloroplast ribosome assembly factor and outlines the transcriptomic and proteomic responses of the compensatory mechanism activated during decreased chloroplast function.

© 2018 The Authors The Plant Journal © 2018 John Wiley & Sons Ltd.