The role of mRNA and protein sorting in seed storage protein synthesis, transport, and deposition 1 (original) (raw)

Rice synthesizes and accumulates high levels of 2 distinct classes of seed storage proteins and sorts them to separate intracellular compartments, making it an ideal model system for studying the mechanisms of storage protein synthesis, transport, and deposition. In rice, RNA localization dictates the initial site of storage protein synthesis on specific subdomains of the cortical endoplasmic reticulum (ER), and there is a direct relation between the RNA local-ization site and the final destination of the encoded protein within the endomembrane system. Current data support the existence of 3 parallel RNA localization pathways leading from the nucleus to the actively synthesizing cortical ER. Additional pathways may exist for the synthesis of cytoplasmic and nuclear-encoded proteins targeted to organelles, the latter located in a stratified arrangement in developing endosperm cells. The study of rice mutants, which accumulate unprocessed glutelin precursors, indicates that these multiple pathways prevent nonproductive interactions between different classes of storage proteins that would otherwise disrupt protein sorting. Indeed, it appears that the prevention of disruptive interactions between different classes of storage proteins plays a key role in their biosynthesis in rice. In addition to highlighting the unique features of the plant endomembrane system and describing the relation between RNA and protein localization, this minireview will attempt to address a number of questions raised by recent studies on these processes. Résumé : Le riz synthétise et accumule de grandes quantités de protéines appartenant à 2 classes distinctes de protéines de réserve de la graine, et les trie vers des compartiments intracellulaires séparés, ce qui en fait un modèle idéal pour l'étude des mécanismes de synthèse, de transport et de dépôt des protéines de réserve. Chez le riz, la locali-sation de l'ARN détermine le site initial de synthèse des protéines de réserve dans des sous-domaines spécifiques du reticulum endoplasmique (RE) cortical de sorte qu'il existe une relation directe entre le site de localisation de l'ARN et la destination finale de la protéine codée, à l'intérieur du système endo-membranaire. Les données actuelles appuient l'existence de 3 voies parallèles de localisation d'ARN, allant du noyau jusqu'au RE cortical actif en synthèse. Des sentiers additionnels peuvent exister pour la synthèse de protéines cytoplasmiques ou nucléaires ciblées vers les organelles, ces dernières étant se trouvant dans un arrangement stratifié dans les cellules de l'endosperme en dévelop-pement. Chez le riz, l'étude de mutants qui accumulent des précurseurs de glutéline non mature indique que ces multiples voies préviennent les interactions non productives entre différentes classes de protéines de réserve qui, sinon, pourraient désorganiser le tri des protéines. En effet, il semble que la prévention de telles interactions entre les différentes classes de protéines de réserve joue un rôle clé dans leur biosynthèse chez le riz. En plus de souligner les caractéristiques uniques du système endomembranaire chez la plante et de décrire les relations qui existent entre l'ARN et la localisa-tion des protéines, cette mini-revue tentera de traiter d'un certain nombre de questions soulevées par des études récen-tes sur ces processus.