OR^His, a Natural Variant of OR, Specifically Interacts with Plastid Division Factor ARC3 to Regulate Chromoplast Number and Carotenoid Accumulation

OR基因的自然变体，OR^His，能够特异性的与质体分化因子ARC3互作并调控有色体数量及类胡萝卜素的积累

通讯作者：Li Li【 康奈尔大学】

发表日期：2020.06

发表期刊：Molecular Plant

有色体是合成和储存大量类胡萝卜素的有颜色的质体。其数量和大小决定了植物中类胡萝卜素积累的库的强度。然而，对控制有色体数量的机制却一无所知。前期的研究已经证明Orange (OR)的一个天然等位基因OR^His通过激活有色体分化和增加类胡萝卜素的生物合成来促进类胡萝卜素的积累。然而，甜瓜、花椰菜的OR突变体中的橙色组织只有一个或两个放大的有色体。研究人员首先通过过表达拟南芥的OR以及其等位基因OR^His,发现后者过表达株系所形成的愈伤细胞中类胡萝卜素含量提高，但细胞中有色体数量仅有一个左右（图 1）。基因定位表明OR和OR^His参与非绿色质体的分裂而非叶绿体，这说明了ORHIS在非绿色质体中的可能存在某种效应（图 2）。随后研究人员通过酵母双杂系统对已经发现的与质体分裂相关的因子进行筛选，发现ORHIS基因的N端能够与ARC3(ACCUMULATION AND REPLICATION OF CHLOROPLASTS3)的MORN(Membrane Occupation and Recognition Nexus)结构域互作，进一步的体内实验同样证明了这一结果（图 3）. 在叶绿体分化过程中PARC6同样是一个重要的调控因子，它能够与 ARC3 MORN 结构域结合，这种相互作用将 ARC3 募集到中质体并促进 ARC3 与 FtsZ 结合以在分裂位点进行 Z 环重塑。而OR^His 则是能够与PARC6(PARALOG OF ARC6)竞争ARC3的MORN区域干扰ARC3和PARC6的结合，从而限制质体的分化（图 4）。对ARC3进行过表达和敲除验证，发现其会影响质体中类胡萝卜素的合成，但并不会影响质体数量（图 5）。为了验证是否存在某些质体分裂因子受到ARC3的调控，研究人员对部分已知的质体分裂因子进行了过表达，发现其中PDV1的上调表达能够促进细胞内类胡萝卜素的合成以及有色体的分化（图 6）。

图 1-2 OR^His 的表达限制有色体数量。OR与非绿色质体的分裂位点相关，但与叶绿体无关。

          图 3-4  ORHIS与ARC3互作验证。ORHis干扰RAC3和PARC6的互作。

  图 5-6 ARC3 表达的改变影响类胡萝卜素的积累。质体分裂因子 PDV1 的过度表达增加了质体数量和类胡萝卜素的积累

原文链接： https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.03.007

作者简介：

第一作者：Li Li        

 

研究方向

植物营养素和微量营养物代谢相关基因的发掘与分子机制研究