阿拉伯芥細胞核編碼的一個粒線體CRM結構域蛋白CFM6之功能性分析

Abstract

粒線體是由原核細菌(α-proteobacteria)演化而來，在長期互利共生的關係下，逐漸演化成真核細胞的能量工廠並轉移了多數的基因到核基因組(nuclear genome)。因此，維持粒線體的呼吸作用正常運作並產生能量，需要核基因所編碼的蛋白質對粒線體基因進行多種後轉錄修飾。特別是許多組成粒線體呼吸傳遞鏈的蛋白質，這些編碼蛋白質的基因帶有退化的Group II 內含子，己失去自行剪切的能力，需要協同多種細胞核的蛋白質來完成內含子剪切(intron splicing)。CRM蛋白家族是細胞核編碼的核酸結合蛋白，目前多數的研究報導CRM蛋白經由參與group I 和group II內含子剪切來調控葉綠體基因的表現。然而CRM蛋白在粒線體中扮演的生理功能及作用機制仍未完全明瞭。本研究進一步分析阿拉伯芥CFM6基因的生理功能及分子機制，並揭開這個具單一CRM蛋白結構域(CRM domain)的家族成員在粒線體中扮演的角色。當T-DNA插入造成CFM6基因突變，會嚴重影響cfm6突變株的發育，包含生長遲緩、葉片捲曲、種子皺縮、延遲胚及花粉的發育。實驗結果顯示CFM6蛋白具專一性調控粒線體nad5基因第四個內含子的剪切；因此，在cfm6突變株中造成未經剪切的轉錄物(pretranscripts)。於cfm6突變株中大量表現CFM6-YFP（CFM6蛋白融合黃色螢光蛋白）可恢復植株發育不良的性狀及內含子剪切功能的缺失。因nad5蛋白為組成呼吸傳遞鏈複合體 I (respiratory complex I) 的元件，其轉錄後內含子剪切的缺失進一步造成cfm6突變株粒線體內複合體 I 的生合成降低及活性損壞，伴隨粒線體形態發育異常，並且誘導替代呼吸途徑(alternative respiration pathway)相關基因的表現。根據RNA-seq分析的結果，CFM6基因突變擾動細胞核及胞器基因之表現，全數2764個受擾動的基因中，多數與光合作用相關的基因表量下降，而與核糖體生合成相關的基因表現量則呈現上升的趨勢。目前的研究結果顯示CFM6是一個參與粒線體內nad5基因第四個內含子剪切的剪切因子，在粒線體呼吸作用複合體 I 的生合成及植物生長發育過程中扮演重要的角色。