Low copy numbers for mitochondrial DNA moderates the strength of nuclear–cytoplasmic incompatibility in plants

线粒体DNA 线粒体 核DNA 生物 核基因 细胞质 拟南芥 MT-RNR1型 DNA 细胞生物学 ATP-ADP转位酶 基因组 遗传学 基因 分子生物学 线粒体内膜 突变体
作者
Liguang Zhang,Jing Ma,Zhao-Rui Shen,Bo Wang,Qingling Jiang,Fei Ma,Yan Ju,Guangxing Duan,Quan Zhang,Xiaodong Su,Sodmergen
出处
期刊:Journal of Integrative Plant Biology [Wiley]
卷期号:65 (3): 739-754
标识
DOI:10.1111/jipb.13400
摘要

Abstract Plant cells contain only small amounts of mitochondrial DNA (mtDNA), with the genomic information shared among multiple mitochondria. The biological relevance and molecular mechanism underlying this hallmark of plant cells has been unclear. Here, we report that Arabidopsis thaliana plants exhibited significantly reduced growth and mitochondrial dysfunction when the mtDNA copy number was increased to the degree that each mitochondrion possessed DNA. The amounts of mitochondrion‐encoded transcripts increased several fold in the presence of elevated mtDNA levels. However, the efficiency of RNA editing decreased with this excess of mitochondrion‐encoded transcripts, resulting in impaired assembly of mitochondrial complexes containing mtDNA‐encoded subunits, such as respiratory complexes I and IV. These observations indicate the occurrence of nuclear–mitochondrial incompatibility in the cells with increased amounts of mtDNA and provide an initial answer to the fundamental question of why plant cells have much lower mtDNA levels than animal cells. We propose that keeping mtDNA levels low moderates nuclear–mitochondrial incompatibility and that this may be a crucial factor driving plant cells to restrict the copy numbers of mtDNA.
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