拟南芥paralogous基因gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba编码功能等价的蛋白质gydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

在植物中，每个核糖体蛋白（RP）由小型基因家族编码，但在很大程度上未知家庭成员是否功能多样化。那里有两个gydF4y2Barpl23a.gydF4y2Ba递吡咯基因（gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba）编码细胞质核糖体蛋白gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba．混战的gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba使用RNAi阻碍生长并导致形态异常，而敲除gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba没有可观察的表型，因此这两个RPL23a同源蛋白在许多发表的论文中被用作具有功能差异的核糖体蛋白同源蛋白的例子。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

在这项研究中，我们表征了T-DNA插入突变体gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba．在该品种的F1代中发现了罕见的非等位基因不互补现象gydF4y2Barpl23aagydF4y2BaXgydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba十字架，显示这两个基因的剂量效果。两个都gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2BaGUS报告基因分析显示，几乎在所有检测组织中都有表达。的表达gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba由此驱使gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba启动子可以拯救表型gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba，表明这两种蛋白质实际上在功能上是相同的。有趣的是，基于公开的RNA-seq数据，我们发现这两个gydF4y2Barpl23a.gydF4y2Ba以协调一致的方式表达谬论和表达水平gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba远高于那个gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba在不同的发育阶段和不同的组织中。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

我们的发现表明，两个RPL23a同源蛋白在功能上是等同的，但两个基因不是。gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba因其较高的表达水平而起主导作用。gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba由于其表达率下降，起到较小的作用。对于维持其适当剂量，可能需要对植物中的RPL23A蛋白质进行寄生基因的存在。gydF4y2Ba

核糖体是所有活细胞中蛋白质合成的原因。单个核糖体是由大和小亚基形成的核糖核酸蛋白复合物。在植物中，大核糖体亚基由28s，5.8s和5s rRNA与48 rpl（大亚基的核糖体蛋白蛋白蛋白蛋白）组成，而小亚基由18s rRNA和33 rps（小亚基的核糖体蛋白蛋白）组成［gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba2gydF4y2Ba］.在gydF4y2Ba大肠杆菌gydF4y2Ba，编码RPs的基因排列在大约20个操纵子中，约有一半的基因定位于一个位点[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba4gydF4y2Ba］.在哺乳动物中，虽然有大约2000个序列可以编码RPS，但大多数预计是伪原，并且大多数功能RP由单拷贝编码[gydF4y2Ba5gydF4y2Ba］.在酵母gydF4y2Ba酿酒酵母酿酒酵母gydF4y2Ba，大约75%的rp是由一个以上成员的基因家族编码的[gydF4y2Ba6gydF4y2Ba］.虽然在酵母中发现了大量的副RP基因之间的功能冗余，但据报道一些副RP基因具有非冗余功能[gydF4y2Ba6gydF4y2Ba，gydF4y2Ba7gydF4y2Ba，gydF4y2Ba8gydF4y2Ba］.gydF4y2Ba

植物编码单一RP的基因成员甚至比酵母还要多[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba］.在gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba，RP副寄生蛋白共享65％至100％氨基酸序列同一性[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba］.RP基因的同源EST（表达序列标签）的评估表明RP基因家族成员在拟南芥中差异表达[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba］.微阵列数据还显示同一家族内RP基因的转录物在拟南芥的不同水平上积累了[gydF4y2Ba10.gydF4y2Ba］.在各种刺激下，大多数RP基因的转录水平保持不变，但有些RP基因的表达水平发生了改变[gydF4y2Ba10.gydF4y2Ba］.许多研究已经调查了在拟南芥中缺少或减少表达单一RP的表型后果。任何一个RP蛋白基因的破坏，gydF4y2BaRPL3AgydF4y2Ba，gydF4y2Barpl8a.gydF4y2Ba，gydF4y2Barpl19a.gydF4y2Ba，gydF4y2Barpl23c.gydF4y2Ba，gydF4y2Barpl40b.gydF4y2Ba,gydF4y2BaRPS11AgydF4y2Ba是胚胎致命[gydF4y2Ba11.gydF4y2Ba］.在其他几个rp中也报道了不那么严重的突变表型[gydF4y2Ba11.gydF4y2Ba］.在一些RP基因突变体中发现了前两片真叶由匙形变为尖形的形态学变化gydF4y2BaRPL5AgydF4y2Ba，gydF4y2BaRPL5BgydF4y2Ba，gydF4y2Barpl9c.gydF4y2Ba，gydF4y2Barpl10ab.gydF4y2Ba，gydF4y2Barpl24b.gydF4y2Ba，gydF4y2Barpl28a.gydF4y2Ba，gydF4y2BaRPS13BgydF4y2Ba,gydF4y2BaRPS18AgydF4y2Ba［gydF4y2Ba12.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba13.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba14.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba15.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16.gydF4y2Ba］gydF4y2Ba．gydF4y2Ba尽管对RP的研究有了这些进展，但目前还不清楚为什么植物中的RP是由相似体编码的，也不知道RP的相似体是否具有特殊的功能。gydF4y2Ba

在拟南芥中，gydF4y2Barpl23a.gydF4y2Ba家庭由两个成员组成（gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba）编码具有95％氨基酸同一性的蛋白质。两个都gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba转录并翻译基因，并且可以将任一级蛋白酶的蛋白质产物掺入细胞质核糖体中[gydF4y2Ba17.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba18.gydF4y2Ba］.击倒gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba通过RNAI基因导致严重的发育缺陷，而击倒，甚至敲门gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba没有明显的表型结果[gydF4y2Ba19.gydF4y2Ba]，这可能是争论的基础gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba有专业职能[gydF4y2Ba11.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba19.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba21.gydF4y2Ba］.gydF4y2Ba

基于为什么植物rp是由同源基因编码的这一普遍问题，我们试图研究两者之间的功能关系gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba．T-DNA插入突变体gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba，我们发现了一个罕见的非等位基因不互补现象，表明这两个gydF4y2Barpl23a.gydF4y2Ba基因是剂量依赖性基因。我们表明表达了gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba由此驱使gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba启动子可以拯救表型gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba展示RPL23AA和RPL23AB蛋白在功能上等同。此外，来自几个发育阶段和不同器官的RNA-SEQ数据的询问显示虽然水平gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba转录物远高于gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba，两种基因表达的波动均匀，表明这两个基因是协调的调节。这些结果显示重复gydF4y2Barpl23a.gydF4y2Ba基因有助于植物生长和发育所需的核糖体剂量。我们的结果与先前的研究表明gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba在植物生长发育中起主导作用，但揭示gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba优势在于其更高的表达水平而不是蛋白质的功能专业化。gydF4y2Ba

植物材料和生长条件gydF4y2Ba

拟南芥gydF4y2Ba野生型哥伦比亚 - 0（Col-0）和T-DNA插入线，gydF4y2BaSalk_005448.gydF4y2Ba(这里叫gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba） 和gydF4y2Basail_597_b08gydF4y2Ba（以此命名为gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba)，来源于拟南芥生物资源中心(ABRC)。种子先在75%乙醇中处理2分钟，然后在商用漂白剂中处理6分钟，然后用无菌蒸馏水至少冲洗3次。固体培养基由2.2 g/L的Murashige和Skoog基盐混合物(Phyto Tech Labs)、10 g/L蔗糖和8 g/L琼脂组成。蒸压前用KOH将pH调整到5.6。必要时，添加BASTA (GOLDBIO)，最终浓度为125 μg/L。将种子播种在水悬浮液中，使用1.5 mL移液管尖端，在150 mm的培养皿中装满120 mL固体培养基，密度为每盘150粒规则间隔的种子。接种后，用Micropore Scotch 3m手术胶带密封培养皿，防止污染，但允许气体交换，并放置在4°C中24小时。在Percival组织培养室的长日照条件下(16小时光照和8小时黑暗)，在22℃下进行生长。然后，在白炽灯和荧光灯(10,000 lx)的长时间条件下，将10天的幼苗移植到含有珍珠岩、蛭石和土壤的1:2:2混合物的花盆中，温度为22℃。植物每周用营养液浇两次。gydF4y2Ba

RNA分离和RT-PCRgydF4y2Ba

50毫克14日龄col0幼苗，gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba,gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba然后立即用液氮冷冻。采用RNAiso Plus (TAKARA BIO INC)提取RNA。在洗脱步骤中，将RNA重悬在depc处理过的水中。使用PrimeScriptTMRT reagent Kit with gDNA Eraser (TAKARA BIO INC)对1 μg RNA进行逆转录获得cDNA。gydF4y2Ba

质粒构建和转基因植物的产生gydF4y2Ba

为了构建PRPL23AA :: RPL23AA和PRPL23AB :: RPL23AB质粒，3001bp DNA片段（包括启动子区）gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba(AT2G39460)和一个2016 bp的DNA片段(包括启动子区域)gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba（AT3G55280）从COL-0基因组DNA扩增使用Phusion聚合酶（Thermo Scientific）。使用的引物如表S1所示（附加文件gydF4y2Ba12.gydF4y2Ba）.在PEG301中克隆了扩增的DNA序列[gydF4y2Ba22.gydF4y2Ba]得到pRPL23aA::RPL23aA和pRPL23aB::RPL23aBgydF4y2Ba．gydF4y2Ba质粒用于转化gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba．对于Prpl23aa :: rpl23ab结构，启动子区（约1.5 kb）gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba加上编码区gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba由GENEWIZ苏州公司合成，测序后克隆到pEG301中。启动子区gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba(约1.5 kb)及gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba(约1.5 kb)克隆到pMDC162 [gydF4y2Ba22.gydF4y2Ba]，获得质粒pRPL23aA::GUS和pRPL23aB::GUS，用于转化Col-0植株。按照Clough和Bent [gydF4y2Ba23.gydF4y2Ba］.将T1转基因植物筛选在固体1/2 Murashige＆Skoog（MS）培养基上，用25mg / L潮霉素B或0.002％Basta进行培养基并通过PCR验证。GUS染色与T2代的植物进行。gydF4y2Ba

GUS染色试验gydF4y2Ba

8日龄的幼苗和36日龄的花序，Col-0不成熟和成熟的花，不成熟和成熟的角果，gydF4y2BaPrpl23aa：gus.gydF4y2Ba和gydF4y2Baprpl23ab：gus.gydF4y2Ba按标准程序进行组织化学GUS染色[gydF4y2Ba24.gydF4y2Ba］.gydF4y2Ba

成绩单分析gydF4y2Ba

RNA-seq数据来自一个公共网站(gydF4y2Bahttp://travadb.org/browse/deseq/gydF4y2Ba)，提取两个生物重复的归一化绝对读计数的平均值。我们还下载了原始RNA-seq数据gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba不同器官和发育阶段的NCBI序列读取档案(除分生组织样本项目ID PRJNA314076，分生组织样本项目ID PRJNA268115)。的RPKM(每百万次映射读取的每千碱基读取数)值gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba(AT2G39460),gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba（gydF4y2BaAT3G55280gydF4y2Ba),gydF4y2BaACT2.gydF4y2Ba（AT3G18780）计算出来。我们计算的RPKM值与从公共网站获得的归一化绝对读数的值一致（gydF4y2Bahttp://travadb.org/browse/deseq/gydF4y2Ba）.gydF4y2Ba

多核糖体剖析gydF4y2Ba

Mustroph等人描述了多聚体谱分析[gydF4y2Ba25.gydF4y2Ba］.简而言之，收集2g 14天的幼苗并使用足够的液氮研磨至细粉末，通过轻轻振荡将粉末重悬于8ml冰​​冷的聚集体提取缓冲液中。将裂解物在冰上温育10分钟，并在4℃，16,000×G的4℃下离心15分钟。将上清液通过Miracloth过滤，并在4℃，16,000×g中离心另外15分钟。将上清液轻轻地转移到蔗糖垫的顶部，然后在4℃下离心，50,000 r.p.m。3小时获得多肌颗粒。将沉淀重悬于冰冷的重悬浮缓冲液中，并通过超速离心将蔗糖梯度（20-60％w / v）加载到4.5ml蔗糖梯度（20-60％w / v）上，之后通过UV检测器泵送蔗糖梯度并在254nm处吸收吸光度被记录。gydF4y2Ba

描述的gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba突变体gydF4y2Ba

拟南芥基因组含有两个gydF4y2Barpl23a.gydF4y2Ba副基因基因gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba（AT2G39460）和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba(At3g55280)，它编码具有95%氨基酸身份的蛋白质(见附加文件gydF4y2Ba1gydF4y2Ba）.我们获得了T-DNA插入线gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba，即gydF4y2BaSALK_005448和- 597 b08航行gydF4y2Ba分别（以下称为gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba）.PCR-基因分型证实两者都是gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba是纯合子T-DNA插入等位基因(见附加文件gydF4y2Ba2gydF4y2Ba）.测序结果显示gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba含有在3'UTR区域中的T-DNA插入，​​在止芯的止芯下游下游10bpgydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba基因（图。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba一会儿gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba的第二外显子中插入了T-DNAgydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba（图。gydF4y2Ba1gydF4y2Bab）。半定量RT-PCR测定用于检测来自的转录物gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba在这些T-DNA线中。如图1所示。gydF4y2Ba1gydF4y2Bac，3'区域周围的停止密码子gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba突变体中的mRNA被破坏。因为大多数gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba来自T-DNA线的mRNA完好无损，我们怀疑gydF4y2BaSalk_005448.gydF4y2Ba是一个雄性等位基因。gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba可能是一个零突变体，因为没有gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba检测mRNA(图。gydF4y2Ba1gydF4y2Bad).没有剂量补偿gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba在拟南芥中有报道gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba［gydF4y2Ba26.gydF4y2Ba］.如图1所示。gydF4y2Ba1gydF4y2BaD、也没有剂量补偿gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba在gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba突变体。gydF4y2Ba

的gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba突变体表现出脂肪衰竭，包括尖叶，延迟的根生长和降低的植物尺寸（图。gydF4y2Ba2gydF4y2Bab）。这些表型类似于先前报道的RNAI线[gydF4y2Ba19.gydF4y2Ba］.观察到不完全的渗透性三胞苷型（少于总群体）gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba突变植物(见附加文件gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba）.然而，我们没有观察到明显的缺陷，在生长速度，形态，或开花gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba突变体(无花果。gydF4y2Ba2gydF4y2Bad），与发表的工作一致[gydF4y2Ba26.gydF4y2Ba］.我们扩增包括启动子加上促进区的基因组DNAgydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba来自野生型植物并将其融合到编码HA Epitope标签的序列中。当将该转基因引入时gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba，发育缺陷得到完全修复(图。gydF4y2Ba2gydF4y2BaC)，提示功能障碍gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba负责发育缺陷gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba．gydF4y2Ba

rpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba是剂量依赖性基因gydF4y2Ba

为了研究两者之间的遗传相互作用gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba,我们穿过gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba与gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba．令我们惊讶的是，双重杂合植物（gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba/gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba；gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba/gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba)在F1代均有尖的首真叶(图。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bab）。双杂合子植物的单倍体比单倍短gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba或者gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba（图。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bai).我们从gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba/gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba；gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba/gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba植物并发现许多中止的胚珠（图。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba将上述F1植株自交，得到F2群体。我们对144个F2植株进行基因分型，但未发现双纯合(gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba/gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba；gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba/gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba） 植物。事实上，我们甚至没有从任何基因中检测到单一功能等位基因的任何基因型（gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba/gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba；gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba/gydF4y2Barpl23ab或rpl23aagydF4y2Ba/gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba；gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba/gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba） （桌子gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)，而这些基因型在F2植株中总体出现的概率为31.25%(16个中有5个)。我们怀疑这种非等位基因之间的非互补现象gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba可能是基因剂量效应。gydF4y2Ba

rpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba基因具有类似的表达模式gydF4y2Ba

为了调查表达模式gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba基因，我们融合了启动子区域gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2BaGUS记者的基因和COL-0背景中产生的转基因植物。gus染色14gydF4y2BaPrpl23aa：gus.gydF4y2Ba和5gydF4y2Baprpl23ab：gus.gydF4y2Ba独立的转基因系揭示了在年轻和主动增殖组织中具有特别强烈的GUS染色的两种基因的普遍存在的表达模式，例如显影叶片，花芽和根夹子（图。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba）.类似的表达模式gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba支持我们的假设，即这两个基因之间的非等位基因非互补现象是表达（和功能）中重叠的后果gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba在同一细胞中。gydF4y2Ba

RPL23aA和RPL23aB蛋白在功能上是等价的gydF4y2Ba

据报道，一些副核糖体蛋白在酵母中进化出了特殊的功能[gydF4y2Ba6gydF4y2Ba］.如上所述，功能障碍gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba导致严重的发育缺陷，而淘汰gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba拟南芥没有表型后果（[gydF4y2Ba19.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba26.gydF4y2Ba和这项研究)。人们很自然地认为这两个同源核糖体蛋白已经经历了功能特化。gydF4y2Ba

我们设计了基因互补实验，以探索RPL23AA和RPL23AB是否具有不同的功能。如果RPL23AA和RPL23AB具有专门的功能，则预计RPL23ab将不再补充gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba突变。我们融合了启动子区域gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba到编码区域gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba．的gydF4y2Baprpl23aa：rpl23ab.gydF4y2Ba转基因被引入gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba植物和21个独立gydF4y2Baprpl23aa：rpl23ab.gydF4y2Ba获得转基因株系，其中15个株系挽救了水稻的表型gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba（图。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba和附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba），表明RPL23AA和RPL23AB具有等效功能。的gydF4y2BaPrpl23ab：rpl23ab.gydF4y2Ba还引入了转基因gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba在15个独立的纯合转基因株系中有8个表现出接近野生型的形态(图。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba和附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba）.然而，每根的转基因植物的一部分（约2％）表现出三坐儿蛋白表型（见附加文件gydF4y2Ba5gydF4y2Ba）.因此,gydF4y2BaPrpl23ab：rpl23ab.gydF4y2Ba转基因可以在很大程度上但不是完全挽救表型gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba．gydF4y2Ba

rpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba基因以一致的方式转录，具有较高的表达水平gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba比gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba

由于以上结果表明RPL23aA和RPL23aB蛋白具有相同的功能，我们怀疑两者表型的差异gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba是由于这两个基因表达水平的差异。的表达gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba可能远高于gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba对核糖体的影响gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba突变高于gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba因此突变导致严重的形态缺陷gydF4y2Ba．gydF4y2Ba我们比较了成绩单水平gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba通过分析出版的RNA-SEQ数据，在不同的发育阶段和不同的器官中[gydF4y2Ba27.gydF4y2Ba］.如图1所示。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba和图S6(附加文件gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)，成绩单水平gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba比的高得多gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba在所有发育阶段和所有检查的组织中。尖锐的是，这两个副同质基因的表达的空间和时间模式均匀匹配，表明它们在所有检查组织中的不同发育阶段类似地调节它们。gydF4y2BaACT2.gydF4y2Ba作为一种控制的房屋保持基因作为对照。转录水平gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba高于gydF4y2BaACT2.gydF4y2Ba在某些器官和总金额gydF4y2Baprl23a.gydF4y2Ba转录物远高于gydF4y2BaACT2.gydF4y2Ba在大多数检查的器官中（图。gydF4y2Ba6gydF4y2Bac, e)，表明rp对植物发展的需求很大。gydF4y2Ba

具有多血/音质比率升高gydF4y2Barpl23agydF4y2Ba突变体gydF4y2Ba

为了评估效果gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba通过蔗糖密度梯度超速离心，我们通过蔗糖密度梯度进行总核糖体的突变。来自各种基因型的植物的多核心谱如图S7所示（附加文件gydF4y2Ba7gydF4y2Ba）.使我们惊讶的是，多体和单体之间的比例明显增加gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba略微增加gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba与野生型相比。多倍体/单倍体比例的增加gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba在很大程度上被两者拯救了gydF4y2Baprpl23aa：rpl23aagydF4y2Ba和gydF4y2Baprpl23aa：rpl23ab.gydF4y2Ba转基因，而多体/单体比例gydF4y2BaPrpl23ab：rpl23ab / rpl23aagydF4y2Ba转基因植物高于野生网和低于gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba．核糖体剖面的变化gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba表明整个转换状态发生了改变。较高的多聚体水平可以反映较高的翻译速率或翻译缺陷，如较慢的延伸。虽然更高的多聚体水平的分子基础是未知的，但更强的影响gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba突变与主导作用一致gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba在gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba正如表达水平和突变表型所暗示的。gydF4y2Ba

在氨基酸序列(如RPL36aA和RPL36aB)中，有一些同源rp是相同的，但许多同源rp在发育过程中表现出序列差异并有差异表达。植物中每个RP的多个基因成员的存在可能是维持足够的RP剂量或维持一定程度的核糖体异质性和功能特化所必需的。gydF4y2Ba

在这项研究中，我们的特点是gydF4y2Barpl23a.gydF4y2Ba基因家族含有两个高度同源家庭成员。Hymorphic T-DNA插入等位基因gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba展示脂肪缺陷。然而，敲门gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba没有明显的表型影响。我们杂交了变种人gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba发现其F1代存在非等位基因不互补现象。这种现象也在其他RP编码基因家族中发现，如gydF4y2BaRPL5gydF4y2Ba［gydF4y2Ba28.gydF4y2Ba］gydF4y2Ba, RPL36agydF4y2Ba［gydF4y2Ba29.gydF4y2Ba]， 和gydF4y2BaRPS6gydF4y2Ba［gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba］.但是，在旁边蛋白酶内的突变gydF4y2Barpl5，rpl36a.gydF4y2Ba,gydF4y2BaRPS6gydF4y2Ba家庭造成几乎相同的表型，表明谬论在功能上等同。在...的情况下gydF4y2Barpl23a.gydF4y2Ba家族，单突变体的表型表明两个相似体的功能不相等。非等位基因不互补现象可能是由于剂量问题——减少其中一个相似点的剂量仍然支持野生表型，但同时减少两个相似点的剂量不能维持野生表型。要使剂量效应假说成立，基因家族成员的表达至少有一些重叠。事实上，启动子- gus实验证明了这两点gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba普遍表达。gydF4y2Ba

家族内RP成员间的表型差异可能是由于蛋白功能的多样化或表达水平和模式的变化。我们证明RPL23aA和RPL23aB蛋白具有相同的功能，作为表达gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba由此驱使gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba启动子可挽救基因的表型gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba突变体。我们发现gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba远高于那个gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba根据公开的RNA-seq数据。因此，表达水平的差异可能是导致分裂的原因gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba有不同的后果。有趣的是，尽管在表达水平上存在差异，但两个同源基因的表达时间和空间模式几乎相同。这些结果表明gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba基因以协调的方式转录。转录后和翻译调节也可能发挥作用gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba表达 [gydF4y2Ba31.gydF4y2Ba］.亚细胞本地化专业化可能是另一个因素导致递质RPS之间的功能效应的差异[gydF4y2Ba32.gydF4y2Ba］.先前的研究表明RPL23aA和RPL23aB都是靶向于核仁的，RPL23aA靶向比RPL23aB更有效[gydF4y2Ba10.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba19.gydF4y2Ba］.将RP靶向于核仁是真核核糖体生物发生的重要步骤[gydF4y2Ba33.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba34.gydF4y2Ba]，因此RPL23aA组装成核糖体的效率可能高于RPL23aB。虽然RPL23aA和RPL23aB之间可能存在转录后差异，但事实上，RPL23aA的表达gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba与之gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba子救的gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba表型表明表达水平的差异是单个突变表型所例中递谬论的不同功能贡献。gydF4y2Ba

RP破坏至少有四种可能的后果:(1)核糖体功能不全，(2)无功能核糖体，(3)部分功能异常，(4)RP外糖体功能丧失[gydF4y2Ba35.gydF4y2Ba］.POMISOME的分析结果显示，具有多血瘤/单体组的比例升高gydF4y2Barpl23agydF4y2Ba突变体，提示全局翻译改变。这一改变的确切性质尚不清楚，将在今后进行调查。gydF4y2Ba

核糖体蛋白RPL23a paralogues (RPL23aA和RPL23aB)在许多已发表的论文中被用作具有功能分歧的paralogues的例子。在本研究中，我们的发现提供了四个令人信服的证据，证明重复gydF4y2Barpl23a.gydF4y2Ba基因实际上具有冗余功能（没有功能专业化），因此必须提供阈值剂量：1）之间的非等位基因非互补现象gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23abgydF4y2Ba建议gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba是剂量依赖性基因;2）gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba基因在相同的组织中表达;3) RPL23aB可以挽救该基因的表型gydF4y2Barpl23aagydF4y2Ba，证明RPL23aA和RPL23aB蛋白具有相同的功能;4）gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba和gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba基因以一致的方式转录，具有较高的表达水平gydF4y2Barpl23aa.gydF4y2Ba比gydF4y2Barpl23ab.gydF4y2Ba．我们的研究结果表明，两种副潜鼠RPL23A蛋白质具有等同的功能，并且可能需要在植物中具有多种基因的存在，以便至少用于一些核糖体蛋白质家族来维持足够的核糖体用量。gydF4y2Ba

原始RNA-SEQ数据gydF4y2BaA. Thaliana.gydF4y2Ba从NCBI序列读取存档（项目ID PRJNA314076的不同器官和开发阶段，用于分页的样本和项目ID PRJNA268115的项目ID PRJNA314076）。gydF4y2Ba

总机:gydF4y2Ba

核糖体蛋白gydF4y2Ba

RPL:gydF4y2Ba

大亚基的核糖体蛋白gydF4y2Ba

数:gydF4y2Ba

小亚基的核糖体蛋白gydF4y2Ba

rpkm：gydF4y2Ba

每千票读数读取每百万映射的读数gydF4y2Ba

我们感谢文文港医生和杨刘从深圳大学帮助RNA-SEQ数据分析。gydF4y2Ba

感谢广东省创新团队项目(2014ZT05S078)、国家自然科学基金项目(31870287)和国家重点研发计划资助项目(2019YFA0903902)的资助。资助机构在研究的设计、数据的收集、分析和解释以及手稿的撰写中没有扮演任何角色。gydF4y2Ba

从属关系gydF4y2Ba

1. 广东省植物外观植物重点实验室，龙华生物工业创新研究所，深圳大学生命科学学院，深圳，广东省518060gydF4y2Ba

   4 .熊伟，陈祥泽，朱成新，张建聪，兰婷，刘林，莫北新gydF4y2Ba

2. 深圳大学光电工程学院光电器件与教育部和广东省系统重点实验室，深圳，广东省518060gydF4y2Ba

   魏雄，兰婷gydF4y2Ba

3. 美国加州大学河滨分校整合基因组生物学研究所植物与植物科学系，加州，92521gydF4y2Ba

   Xuemei陈gydF4y2Ba

贡献gydF4y2Ba

XC和BM设计实验;WX、XZC、CZ进行了实验;WX、JZ、TL对RNA-seq数据进行分析;XW和LL对实验结果进行了分析;WX, XZC, XC和BM撰写了手稿。所有作者同意对作品的内容负责。gydF4y2Ba

相应的作者gydF4y2Ba

对应到gydF4y2Ba北辰莫gydF4y2Ba或者gydF4y2BaXuemei陈gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

伦理批准并同意参与gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

同意出版物gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

提交人声明他们没有竞争利益。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

《自然》杂志对已出版的地图和附属机构的管辖权主张保持中立。gydF4y2Ba

开放访问gydF4y2Ba本文根据创意公约归因于4.0国际许可证，这允许在任何中或格式中使用，共享，适应，分发和复制，只要您向原始作者和来源提供适当的信贷，提供了一个链接到Creative Commons许可证，并指出是否进行了更改。除非信用额度另有说明，否则本文中的图像或其他第三方材料包含在文章的创造性公共许可证中，除非信用额度另有说明。如果物品不包含在物品的创造性的公共许可证中，法定规定不允许您的预期用途或超过允许使用，您需要直接从版权所有者获得许可。要查看本许可证的副本，请访问gydF4y2Bahttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/gydF4y2Ba．Creative Commons公共领域奉献豁免（gydF4y2Bahttp://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/gydF4y2Ba)适用于本文提供的数据，除非在数据的信用额度中另有说明。gydF4y2Ba

重印和权限gydF4y2Ba