植物线粒体PORR蛋白通过特异性结合靶向内含子不同区域促进II组内含子剪接的分子机制研究

本研究揭示了植物线粒体中PORR（Plant organellar RNA recognition）蛋白家族五个新成员（PORR5/8/10/11/14）通过特异性结合II组内含子的结构域I或反式剪接内含子5'端区域，调控nad基因关键内含子的剪接效率。研究人员通过T-DNA突变体分析、蓝绿温和胶电泳（BN-PAGE）和RNA免疫共沉淀（RIP）等技术，发现这些核编码蛋白的缺失会导致复合物I（CI）组装缺陷并激活替代氧化酶（AOX）途径，为理解植物线粒体RNA代谢的协同进化机制提供了新视角。

　　

在植物细胞能量工厂线粒体中，存在着一种古老而神秘的遗传现象——II组内含子的剪接。这些源自α-变形菌内共生祖先的RNA元件，虽然保留了六茎环（DI-DVI）的基本结构框架，却在亿万年的进化中丢失了自我剪接能力。就像失去操作手册的精密仪器，它们必须依赖宿主细胞提供的"蛋白质工具包"才能完成剪接。然而，这个工具包的具体组成和工作原理，尤其是其中新近发现的PORR蛋白家族，仍然是未解之谜。

上海交通大学农业与生物学院联合单细胞生物学中心的研究团队，与法国巴黎萨克雷大学INRAE研究所合作，在《Nucleic Acids Research》发表重要成果。研究人员聚焦于五个线粒体定位的PORR蛋白（PORR5/8/10/11/14），通过构建T-DNA插入突变体，发现这些蛋白的缺失会导致拟南芥出现明显的生长迟滞。蓝绿温和胶电泳（BN-PAGE）显示，突变体中分子量达1000kDa的复合物I（CI）全酶消失，取而代之的是450-800kDa的组装中间体，同时替代氧化酶（AOX）表达显著上调。

研究采用的主要技术包括：通过RT-qPCR定量分析23个线粒体II组内含子的剪接效率；利用蔗糖密度梯度离心分析PORR蛋白复合物的分子量分布；建立PORR-GFP融合蛋白的转基因细胞系进行亚细胞定位；开发改进的RNA免疫共沉淀（RIP）技术绘制蛋白-RNA相互作用图谱。

PORR蛋白调控特定内含子剪接

研究发现五个PORR蛋白各司其职：PORR5专一调控nad7内含子4的剪接；PORR8主要作用于nad2内含子3和nad5内含子2；PORR10主导nad4内含子1的剪接；PORR11影响nad5内含子2和nad7内含子3；PORR14则负责nad1内含子1的加工。值得注意的是，其中四个蛋白（PORR8/10/11/14）都参与调控反式剪接内含子（即断裂分布在两条独立转录本上的内含子）。

差异性的RNA结合模式

通过RNase I辅助的RIP-RTqPCR技术，团队绘制出这些蛋白在靶向内含子上的精确结合位点：PORR5、PORR10和先前研究的RPD1偏好结合结构域I（DI），而PORR8/11/14则倾向结合反式剪接内含子5'端区域（涵盖DII-DIV）。这种结合位点的分化暗示PORR蛋白可能通过两种机制发挥作用：结合DI的成员可能作为RNA分子伴侣稳定催化核心结构；而结合反式剪接区域的蛋白则可能协助断裂内含子的重新组装。

复合物I组装的级联效应

研究观察到有趣的蛋白积累模式：当PORR5或PORR11缺失导致Nad7（CI的膜臂组分）减少时，基质臂关键组分Nad9也会同步降低；而仅影响Nad1（参与后期组装）的PORR14突变体则维持正常Nad9水平。这支持了CI组装存在质量监控机制：早期组装受阻（如膜臂200kDa中间体形成障碍）会触发未配对基质组分的降解。

这项研究不仅扩展了对PORR蛋白家族功能的认识，更揭示了植物线粒体RNA加工与呼吸链组装的质量控制存在精密偶联。特别值得注意的是，四个PORR蛋白（PORR8/10/11/14）都参与反式剪接调控，暗示这类蛋白在解决断裂内含子的"寻的难题"中具有独特优势。这些发现为理解细胞器与核基因组间的协同进化提供了新线索，也为作物线粒体工程提供了潜在靶点。正如研究者Hakim Mireau指出："PORR蛋白就像线粒体RNA世界的万能钥匙，虽然每把钥匙的齿纹不同，但都能开启特定的内含子折叠之门。"