リボソーム生合成と植物発生におけるプラスチドrRNAメチル化酵素CMALの重要な機能を明らかにした

The critical function of the plastid rRNA methyltransferase, CMAL, in ribosome biogenesis and plant development.

• Meijuan Zou
• Ying Mu
• Xin Chai
• Min Ouyang
• Long-Jiang Yu
• Lixin Zhang
• Jörg Meurer
• Wei Chi

抄録

リボソームRNA（rRNA）中のヌクレオチドのメチル化は、すべての生物で発生するユビキタスな特徴です。メチル化されたヌクレオチドの形成は、様々なRNAメチル化トランスフェラーゼによって行われます。植物細胞の葉緑体は、内共生から生じたものであり、それ自身のゲノムとリボソームを持っている。しかし、葉緑体におけるrRNAのメチル化を担う酵素や修飾ヌクレオチドの機能については、未だ解明されていない。ここでは、シロイヌナズナ葉緑体に存在するrRNAメチル化酵素CMAL（Chloroplast MraW-Like）を同定し、その機能を調べた。CMALは細菌のMraW/RsmHタンパク質のシロイヌナズナオルソログであり、葉緑体16S rRNA中のC1352のN4メチル化に関与しており、CMALオルソログとこのメチル化ヌクレオチドが細菌と内共生体由来の真核生物オルガネラの間で保存されていることが示された。また、シロイヌナズナでCMALをノックアウトすると、葉緑体リボソームの蓄積が阻害され、mRNAの翻訳効率が低下することが明らかになった。興味深いことに、CMALの欠損は葉緑体機能の障害だけでなく、葉や根の発生や植物全体の形態の異常にもつながることがわかった。さらに調べたところ、CMALはオーキシン由来のシグナル伝達経路を調節することで植物の発生に関与していることが明らかになりました。本研究により、CMALが葉緑体リボソームの生合成や植物の発生に重要な役割を果たしていることが明らかになった。

Methylation of nucleotides in ribosomal RNAs (rRNAs) is a ubiquitous feature that occurs in all living organisms. The formation of methylated nucleotides is performed by a variety of RNA-methyltransferases. Chloroplasts of plant cells result from an endosymbiotic event and possess their own genome and ribosomes. However, enzymes responsible for rRNA methylation and the function of modified nucleotides in chloroplasts remain to be determined. Here, we identified an rRNA methyltransferase, CMAL (Chloroplast MraW-Like), in the Arabidopsis chloroplast and investigated its function. CMAL is the Arabidopsis ortholog of bacterial MraW/ RsmH proteins and accounts to the N4-methylation of C1352 in chloroplast 16S rRNA, indicating that CMAL orthologs and this methyl-modification nucleotide is conserved between bacteria and the endosymbiont-derived eukaryotic organelle. The knockout of CMAL in Arabidopsis impairs the chloroplast ribosome accumulation and accordingly reduced the efficiency of mRNA translation. Interestingly, the loss of CMAL leads not only to defects in chloroplast function, but also to abnormal leaf and root development and overall plant morphology. Further investigation showed that CMAL is involved in the plant development probably by modulating auxin derived signaling pathways. This study uncovered the important role of 16S rRNA methylation mediated by CMAL in chloroplast ribosome biogenesis and plant development.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of Nucleic Acids Research.