叶绿体是植物特有的细胞器，它既是光合作用的场所，也是多种生命活动必需代谢物的合成部位。四吡咯（如叶绿素、血红素等）的生物合成便发生于叶绿体，一方面，叶绿素和血红素是植物光合作用和生长发育的必需代谢物质，另一方面，如果四吡咯中间产物过量积累，见光后容易产生活性氧，往往造成植物的氧化损伤。因此，四吡咯合成途径的精细调控对植物生长发育与环境适应十分重要。开花植物特有的MORF（Multiple organellar RNA editing factor）蛋白家族于2012年被鉴定，它们定位于叶绿体和线粒体，因广泛影响两类细胞器内的RNA编辑而得名。
中科院植物所林荣呈研究组长期开展四吡咯（叶绿素）合成的调控机制研究。其前期工作发现四吡咯合成途径中的一个催化酶——原卟啉IX氧化酶PPO1（protoporphyrinogen IX oxidase 1）具有参与叶绿体RNA编辑的新功能，揭示了PPO1通过与MORF蛋白相互作用调控RNA编辑的分子机制，并与华中农业大学殷平课题组合作解析了MORF9的三维结构。国际上多个实验室均发现MORF蛋白可以与其他蛋白互作调控RNA编辑。然而，MORF蛋白在叶绿体和线粒体发育过程中扮演着何种角色，即它们的生化性质是什么？这一科学问题始终没有得到回答。林荣呈课题组重新分析了叶绿体定位的2个MORF蛋白（MORF2和MORF9）的生物学功能，观察到两个基因分别下调均导致拟南芥幼苗白化、黄化或斑化以及胚胎发育受阻等一系列缺陷表型，同时四吡咯代谢产物的积累受到严重影响。通过蛋白互作实验，鉴定了MORF2能够与四吡咯合成途径的一系列催化酶和调控因子相互作用。特别借助生物化学和分子生物学等手段，发现MORF2和MORF9具有Holdase的分子伴侣活性，该活性主要依赖于保守的MORF box结构域。研究人员进一步证明了MORF2和MORF9可以有效抑制原叶绿素酸酯氧化还原酶POR（protochlorophyllide oxidoreductase）的不规则聚集，对POR蛋白在植物体内的正常积累不可或缺；同时，两个MORF蛋白可调控镁螯合酶复合体的丰度与酶的活性。该研究揭示了叶绿体MORF蛋白担当分子伴侣的生化特性，解析了MORF在翻译后调控四吡咯生物合成途径的新机制，并拓展了MORF家族的生物学功能，为理解植物叶绿体乃至线粒体发育提供了新见解。
该研究成果于2022年5月26日在线发表于国际学术期刊New Phytologist。植物所博士研究生袁佳睿为该论文第一作者，林荣呈为通讯作者，德国柏林洪堡大学的Bernhard Grimm教授团队参与了此项工作。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金以及中科院项目的支持。
文章链接：
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.18273
（光合实验室供稿）
MORF2/9分子伴侣的工作机制模型
