A Natural Variation in PLEIOTROPIC DEVELOPMENTAL DEFECTS Uncovers a Crucial Role for Chloroplast tRNA Modification in Translation and Plant Development

生物 转移RNA 叶绿体 遗传学 GTP酶 基因 翻译(生物学) 互补 突变体 氨酰tRNA合成酶 质体 蛋白质生物合成 生物化学 细胞生物学 核糖核酸 信使核糖核酸
作者
Hui Liu,Di Ren,Ling Jiang,Xiaojing Li,Yuan Yao,Limin Mi,Wan-Li Chen,Aowei Mo,Ning Jiang,Jinshui Yang,Peng Chen,Hong Mā,Xin Luo,Pingli Lu
出处
期刊:The Plant Cell [Oxford University Press]
卷期号:32 (7): 2345-2366 被引量:11
标识
DOI:10.1105/tpc.19.00660
摘要

The modification of tRNA is important for accurate, efficient protein translation. A number of tRNA-modifying enzymes were found to influence various developmental processes in distinct organisms. However, few genetic or molecular studies have focused on genes encoding tRNA-modifying enzymes in green plant organelles. Here, we discovered that PDDOL, a natural variation allele of PLEIOTROPIC DEVELOPMENTAL DEFECTS (PDD), leads to pleiotropic developmental defects in a near-isogenic line (NIL) generated by introgressing the wild rice Oryza longistaminata into the rice (Oryza sativa) cv 187R. Map-based cloning revealed that PDD encodes an evolutionarily conserved tRNA-modifying GTPase belonging to the tRNA modification E family. The function of PDD was further confirmed by genetic complementation experiments and mutant analysis. PDD mRNA is primarily expressed in leaves, and PDD is localized to chloroplasts. Biochemical analyses indicated that PDD187R forms homodimers and has strong GTPase activity, whereas PDDOL fails to form homodimers and has weak GTPase activity. Liquid chromatography–coupled tandem quadrupole mass spectrometry revealed that PDD is associated with the 5-methylaminomethyl-2-thiouridine modification of chloroplast tRNA. Furthermore, compared to 187R, NIL-PDDOL has severely reduced levels of proteins involved in photosynthesis and ribosome biogenesis but increased levels of plastid-encoded RNA polymerase subunits. Finally, we demonstrate that the defect due to PDDOL alters chloroplast gene expression, thereby affecting communication between the chloroplast and the nucleus.
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