研究表明植物限制使用纠正性Tipp-Ex蛋白

植物拥有特殊的校正分子，可以对基因拷贝进行回顾性修改。然而，这些“Tipp-Ex蛋白”似乎并未获准在细胞的所有区域发挥作用，仅用于叶绿体和线粒体。

波恩大学的一项研究现在解释了为什么会出现这种情况。这表明纠正机制会修改没有任何问题的副本，从而给细胞带来致命的后果。研究结果发表在《植物杂志》上。

植物细胞拥有一整套称为细胞器的特殊结构，其中两个特别重要的结构是叶绿体和线粒体。前者利用光能将二氧化碳和水转化为氧气和糖，而后者则或多或少地做着相反的事情：它们“燃烧”糖和其他化合物以产生许多细胞过程所需的能量。

这两种细胞器的独特之处在于它们有自己的基因。这种遗传物质的工作原理就像细胞器工作所需的关键分子的组装指令集一样。例如，如果叶绿体需要制造某种蛋白质，它首先会订购一份相关组装指令的副本，然后用它来生产该蛋白质。

来自叶绿体和线粒体的基因经常有缺陷

“然而，叶绿体和线粒体中的基因通常含有缺陷，”波恩大学细胞和分子植物学研究所的博士生埃琳娜·莱施解释说。“所以拷贝必须被纠正，否则根据它们的指令组装的蛋白质将无法工作。”

为此，植物使用一种Tipp-Ex——属于五肽重复(PPR)蛋白组的特殊分子。

植物至少有十几种，在某些情况下多达数千种特殊的PPR蛋白，每一种都可以纠正高度特异性的缺陷。就好像报纸上的每个字都有自己的副编辑一样。然而，PPR蛋白不是在使用它们的细胞器中制造的，而是在细胞器外部的细胞质内制造的。

细胞质中也充满了基因拷贝，尽管这些拷贝来自细胞核，数千个植物基因中的大部分都储存在细胞核中。相比之下，线粒体和叶绿体各只含有几十个基因。理论上，“Tipp-Ex蛋白”也可以纠正细胞质内的拷贝。“但他们没有，”莱施说。“它们只在细胞器中发挥作用，我们想知道为什么。”

将运输机制淹没在细胞器中

原因之一可能是“分子子编辑器”从细胞质转移到细胞器的速度太快。为了研究这种可能性，研究人员在一些苔藓植物的PPR基因上安装了一种分子开关。这使得他们几乎只需按一下按钮就能使细胞产生大量PPR蛋白。

“我们能够证明这会淹没运输机制，”Lesch的同事MirjamThielen透露，他进行了许多实验。“它导致PPR蛋白在细胞质中堆积。”

一旦它们到达细胞质，它们就开始修改细胞核中的拷贝。“我们分析了它们所做的改变，发现这些蛋白质修改了很多实际上是正确的组装指令，”莱施说。

“当然，像这样的不正确干预措施会适得其反，因为它们会使蛋白质功能面临风险。”但为什么首先会发生这种情况呢?除了检测缺陷之外，PPR蛋白还与所谓的脱靶序列结合，这些区域可能看起来像是有缺陷的序列，但实际上完全没有问题。

“由于数以万计的基因拷贝在细胞质内争夺空间，这些脱靶序列被错误纠正的风险会很高，”Lesch指出。

“Tipp-Ex”分子的生产受到严格监管

为了防止这种情况发生，植物通常只制造相对少量的PPR蛋白，然后这些蛋白被直接运送到细胞器中，以免细胞质中的分子“Tipp-Ex”造成任何伤害。由于叶绿体和线粒体内的基因数量(以及基因拷贝数)是可控的，因此这些地方通常不会发生此类错误修正。

这项研究为这些校正蛋白如何识别其目标提供了新的见解。因此，将来有可能利用这些发现对线粒体和叶绿体内的特定基因拷贝进行高度针对性的修饰，并研究此类修饰的效果。

鉴于这些细胞器在植物能量代谢中发挥的重要作用，这也为一些有趣的实际应用开辟了空间。