叶绿体类核区蛋白PUC1对PEP类型基因表达的分子调节机制研究

Chloroplast gene expression and regulation is a complex process in which plenty of nuclear-encoded chloroplast proteins are involved. An Arabidopsis nuleoid protein mutant that exhibited severe albino phenotype was identified by reverse genetics method, named as puc1 ( protein uncharacterized 1 ). Analysis of the transcript profiles of chloroplast genes revealed that the expression of genes depended on plastid- encoded polymerase (PEP) was specifically decreased in puc1 mutant, which resulted from the decreasing of transcriptional efficiency. To gain insight into the molecular function of PUC1, we will carry out the following works based on the learning of the expression characteristics of PUC1 gene: 1) observe the possible interaction between PUC1 and chloroplast DNA/RNA by ChIP/RIP and EMSA method; 2) isolate and investigate the interact protein of PUC1 by molecular biology and biochemistry method. Both of these works will help us to clarify the molecular regulation mechanism of PUC1 on PEP-dependent gene expression.

叶绿体基因表达调控是一个复杂的过程，众多核编码的叶绿体蛋白参与其中。我们通过反向遗传学的研究发现叶绿体类核区蛋白突变体puc1（protein uncharacterized 1）具有白化表型，其类囊体膜不能形成，在土壤中不能存活。初步分析显示在该突变体中PEP依赖的基因表达下降，NEP依赖的基因表达上升，而核编码叶绿体蛋白基因的表达没有发生改变，这说明PUC1对于PEP依赖的基因表达具有重要意义。进一步研究叶绿体基因mRNA的合成和稳定性，结果表明突变体中PEP基因稳定mRNA转录本减少可能是其转录效率下降导致的。为深入了解PUC1调节PEP转录的作用机理，我们拟通过ChIP和RIP等方法分析PUC1是否与DNA或RNA存在相互作用，并通过酵母双杂和pull down等方法分离和研究PUC1的互作因子，从而揭示PUC1的功能及其调控PEP类型基因表达的分子机制。

叶绿体基因表达调控是一个复杂的过程，众多核编码的叶绿体蛋白参与其中。我们通过反向遗传学的研究发现叶绿体类核区蛋白突变体puc1（protein uncharacterized 1）具有白化表型，其类囊体膜不能形成，在土壤中不能存活。PUC1基因在黄化苗中不表达，在正常光照下，PUC1基因在子叶、叶、茎和花药中高表达，而根和荚中表达水平很低。初步分析显示在puc1突变体中PEP依赖的基因表达下降，NEP依赖的基因表达上升，而核编码叶绿体蛋白基因的表达没有发生改变，这说明PUC1对于PEP依赖的基因表达具有重要意义。进一步研究发现，叶绿体基因mRNA的合成下降，稳定性略有增加。通过酵母双杂交方法我们筛选出可能与PUC1发生相互作用的蛋白因子，其中rpoB和sig6与叶绿体基因的转录密切相关。经CoIP验证，PUC1与rpoB在体内可以形成复合体。这说明PUC1很可能作为转录调节因子参与叶绿体基因的表达调节。关于PUC1与rpoB的BiFC实验以及PUC1与DNA或RNA之间是否存在直接相互作用的研究仍在进行当中，这些工作可以从根本上揭示PUC1的生物学功能及其调控PEP类型基因表达的分子机制。