Efficient Replication of the Plastid Genome Requires an Organellar Thymidine Kinase

生物 叶绿体DNA 质体 遗传学 DNA复制 基因组 基因 核基因 胸苷激酶 rpoB公司 拟南芥 突变体 叶绿体 16S核糖体RNA 病毒 单纯疱疹病毒
作者
Monique Le Ret,Susan Belcher,Stéfanie Graindorge,Clémentine Wallet,Sandrine Koechler,Mathieu Erhardt,Rosalind Williams‐Carrier,Alice Barkan,José M. Gualberto
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
卷期号:178 (4): 1643-1656 被引量:12
标识
DOI:10.1104/pp.18.00976
摘要

Thymidine kinase (TK) is a key enzyme of the salvage pathway that recycles thymidine nucleosides to produce deoxythymidine triphosphate. Here, we identified the single TK of maize (Zea mays), denoted CPTK1, as necessary in the replication of the plastidial genome (cpDNA), demonstrating the essential function of the salvage pathway during chloroplast biogenesis. CPTK1 localized to both plastids and mitochondria, and its absence resulted in an albino phenotype, reduced cpDNA copy number and a severe deficiency in plastidial ribosomes. Mitochondria were not affected, indicating they are less reliant on the salvage pathway. Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) TKs, TK1A and TK1B, apparently resulted from a gene duplication after the divergence of monocots and dicots. Similar but less-severe effects were observed for Arabidopsis tk1a tk1b double mutants in comparison to those in maize cptk1. TK1B was important for cpDNA replication and repair in conditions of replicative stress but had little impact on the mitochondrial phenotype. In the maize cptk1 mutant, the DNA from the small single-copy region of the plastidial genome was reduced to a greater extent than other regions, suggesting preferential abortion of replication in this region. This was accompanied by the accumulation of truncated genomes that resulted, at least in part, from unfaithful microhomology-mediated repair. These and other results suggest that the loss of normal cpDNA replication elicits the mobilization of new replication origins around the rpoB (beta subunit of plastid-encoded RNA polymerase) transcription unit and imply that increased transcription at rpoB is associated with the initiation of cpDNA replication.

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