一种具有RNA结合结构域的植物GTP酶的功能研究

Era(E.coli ras-like GTPase)是一种具有结合RNA功能的GTP酶，通过结合核糖体调节原核细胞周期。该基因普遍存在于动植物细胞中。缺失Era的动物细胞停留在G1期，并引起凋亡。新近的研究发现抑制该基因的表达导致细胞中线粒体减少和形态变化。唯一的植物Era研究报道表明缺失该基因导致金鱼草种子的胚乳发育不良而丧失育性，因含有线粒体定位序列而推测其定位于线粒体，除此之外目前没有进一步的报道。申请者的研究表明植物不仅有定位于线粒体的Era,而且还有定位于叶绿体Era。其中拟南芥的该基因纯和突变致死，突变杂合体的种荚变短，部分合子不能发育，且符合孟德尔遗传分离规律。该基因主要在能量代谢旺盛的部位表达。鉴于该基因纯和突变致死，以及线粒体和叶绿体的重要性，本研究拟以植物Era为目标，对其RNA结合类型、GTP结合特性及与线粒体、叶绿体的关系和在拟南芥生长发育中的作用进行研究。

小GTP酶在生物细胞中发挥多种作用，包括分化调控、信号传导、组装细胞骨架和控制细胞分裂。ERA（Escherichia coli Ras-like protein）是最早发现于细菌的一种高度保守的小GTP酶，在大肠杆菌的细胞进程中起到非常重要的作用，对于细胞的生长、分裂和分化都是必需的。之后在许多真核细胞例如酵母、小鼠和人类细胞中都有其同源蛋白，对于细胞生命进程同样发挥重要作用。本项目以拟南芥和水稻中的同源蛋白ERG（ERA related GTPase）为对象开展研究。拟南芥和水稻都是有2个ERG基因，分别含有线粒体定位和叶绿体定位序列，分别命名为AtERG1和AtERG2；OsERG1和OsERG2。通过免疫荧光研究进一步证实ERG1定位于线粒体，而ERG2则定位于叶绿体。根据AtERG1纯合突变体致死的表型特点，我们重点研究了AtERG1突变致死的遗传特点，发现为母系遗传造成，其杂合突变体的角果中会出现早期角果发育停止以致死亡的现象，并且在胚胎发育第一天时出现表型的分离。生化分析表明，AtERG1即具有GTP酶活性，也具有结合RNA的能力，分别由两个保守结构域构成。对比AtERG1和AtERG2，发现在的GTP酶的5个保守功能结构部分，在G4结构二者存在差异。