德国马普所证实核基因组可研究线粒体基因功能

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关键词：

来源：

MPlant植物科学

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资源所属：

农业生物技术专题

类型：

前沿资讯

语种：

中文

原文发布日期：

2023-10-16

摘要：

近日，Nature Plants在线发表了德国马普分子植物生理研究所Ralph Bock团队及其合作者题为“Targeted knockout of a conserved plant mitochondrial gene by genome editing”的研究论文。该研究通过敲除烟草线粒体呼吸链复合物 I的nad9基因揭示了其在植物发育中的作用，证明了使用核基因组编辑方法研究线粒体基因功能的可行性，为工程化线粒体基因组提供了重要的基础。基于TALE融合蛋白的基因组编辑方法，虽然不允许转基因直接插入到线粒体基因组中，但能够将突变引入线粒体基因组。当TALEN靶向线粒体时，它可以切割线粒体 DNA，从而诱导线粒体基因组的缺失。尽管依赖于 TALEN的碱基编辑方法已被证明能够将特定的点突变引入线粒体 DNA；然而，分离具有同质性突变线粒体基因组的、遗传稳定的植物（称为同质线粒体植物homochondriomic plants），仍然具有挑战性。此外，线粒体碱基编辑器可能会导致核基因组和线粒体基因组中出现大量的脱靶突变；非同源末端连接的缺乏，也会产生复杂的基因组重排。线粒体保守基因nad9是编码了呼吸复合物 I 亚基，即线粒体内膜中的 NADH-泛醌氧化还原酶复合物。利用烟草（Nicotiana tabacum）和TALEN，该研究生成了大量的线粒体 nad9 基因的缺失突变体。除了具有基因组重排的突变体外，研究人员还分离到了携带清洁的、同质线粒体的nad9突变体。进一步分析显示，Δnad9-29株系中线粒体基因组的构象与野生型相似；表明它没有任何线粒体基因组重排，可用于研究nad9敲除的生物学功能。复合物 I 是呼吸链的主要组成部分；它为电子进入呼吸链提供了一个主要入口点，对于许多（但不是全部）生物体都至关重要。该研究发现与野生型相比，nad9 缺失株在营养阶段的生长和发育明显迟缓，叶子更细长，叶缘卷起。当在高光条件下以最大速率生长时，突变体的表型更加严重，并伴有额外的缺陷：包括苍白的叶斑和顶端优势减少（即分枝增加）。尽管这些表型在所有31个缺失株中均有发现，但它们严重程度有所不同。此外，在花朵发育过程中，该研究发现突变株的花瓣形状严重畸变：花冠边缘卷曲，花药退化，以及雄性不育；表明nad9缺失会导致细胞质雄性不育（CMS）。