Plant J: 线粒体ATP合酶d亚基是拟南芥外周茎的一个组成部分,对拟南芥的生长和耐热性至关重要

随着气候威胁的快速变化威胁全球作物产量,对植物热应力耐受性的理解越来越相关。 热应力耐受性涉及许多细胞过程的协调作用,并且特别是能量要求。 我们在线粒体ATP合酶D亚基的拟南芥(基因名称:ATPQ)的拟南芥中获得了敲除突变体和产生的敲低线(基因名称:ATPQ,以下称为ATPD),外周茎的亚基,并使用这些以研究表型意义 该亚基在正常生长和热应激耐受性。

由于配子蛋白缺陷,无法获得ATPD的纯合敲除突变体,而杂合子具有无可见表型因此,我们使用RNA干扰来产生进一步研究的敲低植物线。 

蛋白质组学分析和蓝色天然凝胶显示,ATPD下调仅损害线粒体ATP合酶(复杂V)的亚基。 敲低植物对热应激更敏感,具有异常的叶片形态,与野生型相比,生长严重缓慢。 这些结果表明ATPD在线粒体ATP合酶全酶的适当功能中起着至关重要的作用,当减少时,这导致能量苛刻的细胞过程中的宽程度缺陷。 在敲低植物中,活化更多的过氧化氢和线粒体功能障碍刺激(MDS)基因。 这些数据建立了ATPD的基本结构作用,并支持ATP合酶(复杂V)的亚基在正常植物生长中的重要性,并提供有关其对热应力耐受的要求的新信息。

As rapid changes in climate threaten global crop yields, an understanding of plant heat stress tolerance is increasingly relevant. Heat stress tolerance involves the coordinated action of many cellular processes and is particularly energy demanding. We acquired a knockout mutant and generated knockdown lines in Arabidopsis thaliana of the d subunit of mitochondrial ATP synthase (gene name: ATPQ, AT3G52300, referred to hereafter as ATPd), a subunit of the peripheral stalk, and used these to investigate the phenotypic significance of this subunit in normal growth and heat stress tolerance. Homozygous knockout mutants for ATPd could not be obtained due to gametophytic defects, while heterozygotes possess no visible phenotype. Therefore, we used RNA interference to create knockdown plant lines for further studies. Proteomic analysis and blue native gels revealed that ATPd downregulation impairs only subunits of the mitochondrial ATP synthase (complex V). Knockdown plants were more sensitive to heat stress, had abnormal leaf morphology, and were severely slow growing compared to wild type. These results indicate that ATPd plays a crucial role in proper function of the mitochondrial ATP synthase holoenzyme, which, when reduced, leads to wide-ranging defects in energy-demanding cellular processes. In knockdown plants, more hydrogen peroxide accumulated and mitochondrial dysfunction stimulon (MDS) genes were activated. These data establish the essential structural role of ATPd and support the importance of complex V in normal plant growth, and provide new information about its requirement for heat stress tolerance.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1111/tpj.15317?af=R

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