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高等植物子叶和真叶的叶绿体都能够进行光合作用,但是子叶叶绿体和真叶叶绿体的发育过程是不同的。子叶的叶绿体发育需要经过白质体阶段,而真叶叶绿体直接由前质体发育而来。子叶和真叶叶绿体发育的不同形式可能暗示了子叶和真叶叶绿体生物合成具有不同的调节机制。
通过分离和研究拟南芥子叶叶绿素缺陷突变体可以了解子叶叶绿体生物发生的具体过程。迄今为止,已经发现了多个子叶叶绿素缺陷突变体。通过对这些突变体的研究发现,这些突变基因很可能是通过影响了子叶叶绿体基因的转录、RNA的成熟和蛋白质翻译等过程,从而使突变植株产生了叶绿素缺陷的表型。之前,我们实验室从具有激活子标签的拟南芥突变体库中筛选到一个延迟变绿的突变体,命名为dg1(delayed greening1)。突变体的表型是:子叶和幼叶白化,后逐渐转绿,当突变体生长超过3周后,其成熟叶片恢复到与野生型相似的表型。对突变基因dg1进行序列测定和比对发现,DGl蛋白是一个包含有8个PPR结构域、定位于叶绿体的蛋白,这个蛋白的表达依赖于光和叶绿体的发育过程。突变体子叶和幼叶中叶绿体编码的RNA聚合酶(PEP)依赖的叶绿体基因表达水平降低,核编码的RNA聚合酶(NEP)依赖的叶绿体基因表达水平升高。因此认为DG1蛋白很可能是参与了早期叶绿体发育过程中的基因调节过程。
由于大部分PPR蛋白缺少催化结构域,因此预计这些蛋白的功能可能与其他蛋白质相互作用并调节这些它们蛋白的功能发挥。为了进一步研究DG1蛋白作用的模式,找到该蛋白的相互作用因子,本实验利用酵母双杂交筛选的方法,以DG1蛋白为诱饵对拟南芥叶片cDNA文库进行筛选,确定了DG1的相互作用蛋白。研究发现,一种在拟南芥的子叶中与PEP依赖的叶绿体基因转录相关的sigma因子--SIG6与DG1相互作用。BIFC实验验证了这两种蛋白在植物细胞中的相互作用。
dg1和sig6两种基因的突变体杂交产生双突变体,对双突变体进行研究发现,与这两种基因的单基因突变体相比,sig6dg1的双突变体表现出更为严重的叶绿素缺陷表型。通过荧光实时定量分析和northern杂交实验发现,双突变体子叶中PEP依赖的叶绿体基因的转录水平有了更大的降低。dg1突变体中SIG6基因过量表达可使突变体的子叶叶绿素含量恢复,促进dg1突变体中PEP依赖的叶绿体基因转录水平提高,然而真叶的叶绿素含量和相关叶绿体基因的转录水平没有明显变化。以上结果证明DG1蛋白能够与SIG6蛋白相互作用,并对SIG6蛋白进行调控,进而参与了拟南芥子叶叶绿体中PEP依赖的叶绿体基因的转录过程。