Plant Cell | 共同进化的叶绿体蛋白质

Forsythe et al.近期在The Plant Cell发表题为Genome-wide signatures of plastid-nuclear coevolution point to repeated perturbations of plastid proteostasis systems across angiosperms的论文，他们测定了数千种核编码蛋白和质体编码蛋白的变异率，然后寻找暗示了相似功能的协同进化证据。

研究背景：植物的叶绿体（质体）具有自己的基因组，其中包含了有关制造在质体内执行重要工作的蛋白质的指令。但是，这些蛋白质不能单独起作用；在质体内起作用的大多数蛋白质都由更大的核基因组编码，并在细胞质中翻译后被导入质体中。即使质体和核编码的蛋白质来自不同的基因组，它们也需要协同工作才能使植物存活。蛋白质之间的这种相互作用意味着，当一种蛋白质在进化过程中发生改变时，自然选择也倾向于改变其互作的蛋白质，以维持其协调性（即质体-核共进化）。因此，功能相关的蛋白质有望在跨物种的氨基酸序列变化速率中表现出相关的加速和减速，这被称为进化速率共变（ERC，evolutionary rate covariation）。我们使用互作蛋白之间的ERC期望值来搜索开花植物的核基因组，以检测与质体基因组共同进化并有助于质体功能的基因。

核心问题：哪些核基因与质体基因组共同进化？是否存在某些质体过程展示出特别普遍的质体-核协同进化？

研究发现：我们检测到数百个似乎与质体基因组共同进化的核基因。很多这些基因编码已知的质体定位蛋白，但有些没有鉴定的质体功能，这表明我们的分析指出了这些基因的新型质体功能。参与维持质体中适当蛋白质水平（质体蛋白稳态）的基因似乎特别普遍，这表明在开花植物的整个进化过程中，质体蛋白稳态的变化可能驱动了质体-核的共同进化。出人意料的是，这种现象甚至似乎扩展到负责在质体外制造蛋白质的基因，意味着甚至非质体定位的蛋白质也有助于质体的蛋白稳态并相应地共同进化。

研究展望：我们的工作指出了几个在质体中发挥新发现的作用的基因，它们代表了实验验证的高优先等级候选对象。将来的遗传/分子生物学实验将帮助我们了解这些蛋白质在叶绿体中的特定功能。