Science头条: 难以置信的联系

　　

生物通报道  生物学家们有可能挖掘出了操控负责光合作用的重要植物细胞元件——叶绿体功能的潜力。相关论文“Chloroplast Biogenesis is Regulated by Direct Action of the Ubiquitin-Proteasome System”发表在11月2日的《科学》（Science）杂志上。

来自莱斯特大学生物学系的研究人员发现叶绿体受到了泛素蛋白酶体系统（UPS）的影响。UPS是一种引起细胞内不必要蛋白质降解的过程，从前被认为只在细胞的中心区域（central part）起作用。因此，研究人员认为他们或许可以利用特异的蛋白质来调控叶绿体的功能，例如在果实成熟过程中将其转换成色素含量高（highly-pigmented ）的叶绿体。

新研究确定了植物细胞核中的一个基因SP1编码了一种称作E3泛素連接酶（E3 ubiquitin ligase）的蛋白，能够通过UPS过程来调控叶绿体发育。

研究小组现正研究在农作物（crop plants）中利用SP1基因，例如影响如西红柿、甜椒和柑橘等果实的成熟。莱斯特大学企业与业务发展办公室提出了专利申请以开发研究的实际应用。

莱斯特大学生物系教授Paul Jarvis自2000年开始领导这一项目。他表示：“我们的工作表明UPS也在植物细胞叶绿体中起作用。发现UPS与叶绿体之间这一从前未被预料到的联系是生物学上的一个重大突破，有可能实现在作物中操纵叶绿体功能。做到这一点是令人难以置信的——这是一条漫长的道路。”

该研究获得了来自英国生物技术与生物科学研究委员会(BBSRC)的资金资助。BBSRC首席执行官Douglas Kell教授说：“为了确保我们能够为日益增长的人口可持续性地提供健康的食品，我们需要寻找一系列的新方法来解决例如提高作物产量和减少食物浪费等挑战。这一研究凸显了许多途径其中的一条——科学的帮助。”

“成熟过程可以快速发生，然而只经过数日便成熟的水果或蔬菜被认为是不能食用的。这一无法避免的过程给农民和消费者带了极大的损失。新研究发现推动我们向更大程度地控制成熟迈进了一步，从而为农民在最好的条件下供应生产提供了更多的灵活性。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Chloroplast Biogenesis Is Regulated by Direct Action of the Ubiquitin-Proteasome System

Development of chloroplasts and other plastids depends on the import of thousands of nucleus-encoded proteins from the cytosol. Import is initiated by TOC (translocon at the outer envelope of chloroplasts) complexes in the plastid outer membrane that incorporate multiple, client-specific receptors. Modulation of import is thought to control the plastid’s proteome, developmental fate, and functions. Using forward genetics, we identified Arabidopsis SP1, which encodes a RING-type ubiquitin E3 ligase of the chloroplast outer membrane. The SP1 protein associated with TOC complexes and mediated ubiquitination of TOC components, promoting their degradation. Mutant sp1 plants performed developmental transitions that involve plastid proteome changes inefficiently, indicating a requirement for reorganization of the TOC machinery. Thus, the ubiquitin-proteasome system acts on plastids to control their development.