揭开嵌合现象的秘密质体基因和观赏植物市场中对杂色的追求

全球室内植物市场正在蓬勃发展，预计到 2025 年将达到 72.7 亿美元。嵌合植物首次出现于 17 世纪，因其独特的杂色图案而广受欢迎。这些模式是植物茎尖分生组织 (SAM) 结构和发育的产物。

最近的研究表明，同时表现出正常组织和白化组织的嵌合植物通常是由质体突变引起的，质体是叶绿体中负责光合作用的遗传物质。这些突变影响质体基因转录，由两种类型的 RNA 聚合酶调节，导致不同的表型表达。然而，嵌合现象的精确遗传触发和调控仍然未知。

2022 年 11 月，园艺研究发表了一篇题为“高通量发现导致观赏嵌合植物白化表型的质体基因”的观点。

在这项研究中，研究人员检查了来自不同物种的 23 种嵌合植物，并使用一种涉及绿叶组织 (GLT) 和白化叶组织 (ALT) 基因组 DNA 测序的方法从头重建了它们的质体。这些结果揭示了被子植物质体中的四部分结构以及裸子植物质体中缺乏反向重复。至关重要的是，该研究发现 23 种植物中的 14 种存在异质性，源自 GLT 和 ALT 的质体差异归因于单点突变。

GLT 和 ALT 之间未观察到核核糖体 DNA 差异。随后对质体的分析确定了 8 个质体基因中的 14 个独立的基因突变，并证实每个突变都会破坏叶绿体功能的某些方面，导致白化区或叶子。此外，GLT 和 ALT 之间野生型和突变型质体的测序读数中出现了显着的对比，突变主要存在于 ALT 质体中，表明叶绿体功能受到破坏。

通过深入研究其功能意义，我们对在 R. japonica 的白化叶子中发现的 RpoC2 突变进行了表征。使用蛋白质模型并与细菌 RNA 聚合酶进行比较的结构分析表明，该突变可能会影响该酶的结构完整性和功能。转录分析证实了这种突变的影响，ALT 中光系统相关基因的表达显着下降。

进一步的研究结果表明，光系统在ALT中无法正确形成，ALT质体中RpoC2 His114Pro的取代可能会损害光合基因的正确转录，从而影响白化组织的光合作用。

总之，这项研究不仅确定了与嵌合植物白化表型相关的特定突变，而且还揭示了这些突变在损害植物光合作用机制方面的重要作用。这些发现至关重要，为未来旨在了解质体生物发生和细胞器基因组进化的研究奠定了基础，从而有可能促进园艺实践和杂色植物品种基因工程的进步。