Published March 1, 2024 | Version v1
Publication Metadata-only

Functional resilience: An active oxidative phosphorylation system prevails amid foreign proteins in holoparasitic plants

Creators

  • 1. National University of Cuyo
  • 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 3. Instituto de Agrobiotecnología del Litoral
  • 4. National University of the Littoral
  • 5. National University of Jujuy

Description

Mitonuclear incompatibility results from a breakdown of the coordinated function between co-evolved genes located in nuclear and mitochondrial compartments. Horizontal Gene Transfer (HGT), involving the acquisition of genes from unrelated species, can trigger mitonuclear incompatibilities when foreign gene products interact with native ones, particularly in multisubunit complexes. Recent findings highlighted rampant HGT in the mitochondrial genomes of holoparasitic plants of the genus Lophophytum (Balanophoraceae). In Lophophytum, some mitochondrial genes involved in the Oxidative Phosphorylation (OXPHOS) system were acquired from their legume hosts, unlike the nuclear-encoded OXPHOS subunits, which remain native. This unique configuration of a doubly chimeric OXPHOS, combining native nuclear-encoded subunits with both foreign and native mitochondrial-encoded subunits, raises questions regarding the potential effects of the interactions between native and foreign proteins on mitochondrial respiration activity in Lophophytum. We examined the mitochondrial ultrastructure, evaluated protein expression via Western blots, and analyzed cellular respiration through oxygen consumption rates and adenylate content in these holoparasitic plants. Surprisingly, our results revealed no disruption of the OXPHOS machinery or activity in Lophophytum despite the functional replacement of several native protein subunits by foreign homologs. Furthermore, there was no apparent impact on the OXPHOS system given their parasitic lifestyle and complete loss of photosynthesis.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

ينتج عدم توافق الميتونو نواة من انهيار الوظيفة المنسقة بين الجينات المتطورة المشتركة الموجودة في الحجرات النووية والميتوكوندريا. يمكن أن يؤدي النقل الجيني الأفقي (HGT)، الذي ينطوي على الحصول على جينات من أجناس غير ذات صلة، إلى عدم توافق النواة الميتونية عندما تتفاعل منتجات الجينات الغريبة مع المنتجات الأصلية، لا سيما في المجمعات متعددة الوحدات. سلطت النتائج الأخيرة الضوء على تفشي HGT في جينومات الميتوكوندريا للنباتات الطفيليات الكاملة من جنس Lophophytum (Balanophoraceae). في Lophophytum، تم الحصول على بعض جينات الميتوكوندريا المشاركة في نظام الفسفرة التأكسدية (OXPHOS) من مضيفي البقوليات، على عكس الوحدات الفرعية OXPHOS المشفرة نووياً، والتي لا تزال أصلية. يثير هذا التكوين الفريد لـ OXPHOS الخيمري المضاعف، الذي يجمع بين الوحدات الفرعية المشفرة نوويًا الأصلية والوحدات الفرعية المشفرة بالميتوكوندريا الأجنبية والأصلية، تساؤلات بشأن الآثار المحتملة للتفاعلات بين البروتينات الأصلية والأجنبية على نشاط التنفس بالميتوكوندريا في لوفوفيتوم. قمنا بفحص البنية التحتية للميتوكوندريا، وتقييم تعبير البروتين عبر البقع الغربية، وتحليل التنفس الخلوي من خلال معدلات استهلاك الأكسجين ومحتوى الأدينيلات في هذه النباتات الطفيليات الشاملة. ومن المثير للدهشة أن نتائجنا لم تكشف عن أي انقطاع في آلية أو نشاط OXPHOS في Lophophytum على الرغم من الاستبدال الوظيفي للعديد من الوحدات الفرعية للبروتين الأصلي بواسطة متجانسات أجنبية. علاوة على ذلك، لم يكن هناك تأثير واضح على نظام OXPHOS نظرًا لنمط حياتهم الطفيلي وفقدانهم الكامل لعملية التمثيل الضوئي.

Translated Description (French)

L'incompatibilité mitonucléaire résulte d'une rupture de la fonction coordonnée entre les gènes co-évolués situés dans les compartiments nucléaires et mitochondriaux. Le transfert horizontal de gènes (HGT), impliquant l'acquisition de gènes d'espèces non apparentées, peut déclencher des incompatibilités mitonucléaires lorsque des produits géniques étrangers interagissent avec des produits natifs, en particulier dans des complexes multi-sous-unités. Des résultats récents ont mis en évidence une HGT endémique dans les génomes mitochondriaux des plantes holoparasites du genre Lophophytum (Balanophoraceae). Chez Lophophytum, certains gènes mitochondriaux impliqués dans le système de phosphorylation oxydative (OXPHOS) ont été acquis à partir de leurs hôtes légumineuses, contrairement aux sous-unités OXPHOS codées par le nucléaire, qui restent natives. Cette configuration unique d'un OXPHOS doublement chimérique, combinant des sous-unités codées nucléaires natives avec des sous-unités codées mitochondriales étrangères et natives, soulève des questions quant aux effets potentiels des interactions entre les protéines natives et étrangères sur l'activité respiratoire mitochondriale dans le Lophophytum. Nous avons examiné l'ultrastructure mitochondriale, évalué l'expression des protéines via des Western blots et analysé la respiration cellulaire à travers les taux de consommation d'oxygène et le contenu en adénylate de ces plantes holoparasites. Étonnamment, nos résultats n'ont révélé aucune perturbation de la machinerie ou de l'activité d'OXPHOS dans Lophophytum malgré le remplacement fonctionnel de plusieurs sous-unités protéiques natives par des homologues étrangers. De plus, il n'y avait pas d'impact apparent sur le système OXPHOS compte tenu de leur mode de vie parasitaire et de la perte complète de la photosynthèse.

Translated Description (Spanish)

La incompatibilidad mitonuclear resulta de una ruptura de la función coordinada entre genes coevolucionados ubicados en compartimentos nucleares y mitocondriales. La transferencia horizontal de genes (HGT), que implica la adquisición de genes de especies no relacionadas, puede desencadenar incompatibilidades mitonucleares cuando los productos génicos extraños interactúan con los nativos, particularmente en complejos de múltiples subunidades. Hallazgos recientes destacaron la HGT desenfrenada en los genomas mitocondriales de plantas holoparásitas del género Lophophytum (Balanophoraceae). En Lophophytum, algunos genes mitocondriales involucrados en el sistema de fosforilación oxidativa (OXPHOS) se adquirieron de sus leguminosas hospedadoras, a diferencia de las subunidades OXPHOS codificadas en el núcleo, que siguen siendo nativas. Esta configuración única de un OXPHOS doblemente quimérico, que combina subunidades codificadas nuclearmente nativas con subunidades codificadas mitocondriales tanto extrañas como nativas, plantea preguntas sobre los posibles efectos de las interacciones entre proteínas nativas y extrañas en la actividad de la respiración mitocondrial en Lophophytum. Examinamos la ultraestructura mitocondrial, evaluamos la expresión de proteínas a través de transferencias Western y analizamos la respiración celular a través de las tasas de consumo de oxígeno y el contenido de adenilato en estas plantas holoparásitas. Sorprendentemente, nuestros resultados no revelaron ninguna interrupción de la maquinaria o actividad de OXPHOS en Lophophytum a pesar del reemplazo funcional de varias subunidades de proteínas nativas por homólogos extraños. Además, no hubo un impacto aparente en el sistema OXPHOS dado su estilo de vida parasitario y la pérdida completa de la fotosíntesis.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
المرونة الوظيفية: يسود نظام فسفرة مؤكسد نشط وسط البروتينات الغريبة في نباتات الطفيليات الكاملة
Translated title (French)
Résilience fonctionnelle : un système actif de phosphorylation oxydative prévaut parmi les protéines étrangères dans les plantes holoparasites
Translated title (Spanish)
Resiliencia funcional: prevalece un sistema activo de fosforilación oxidativa en medio de proteínas extrañas en plantas holoparásitas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4391070632
DOI
10.1016/j.cpb.2024.100322

Is supplement to
https://openalex.org/W3007611709 (Other)
https://openalex.org/W2426440601 (Other)
https://openalex.org/W2394837403 (Other)
https://openalex.org/W2090917374 (Other)
https://openalex.org/W2053228778 (Other)
https://openalex.org/W2023680161 (Other)
https://openalex.org/W1977297750 (Other)
https://openalex.org/W1531251285 (Other)
https://openalex.org/W1518293118 (Other)
https://openalex.org/W149178150 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W128985141
  • https://openalex.org/W137092916
  • https://openalex.org/W1491563338
  • https://openalex.org/W1504264471
  • https://openalex.org/W1782760385
  • https://openalex.org/W1849979647
  • https://openalex.org/W1891475544
  • https://openalex.org/W1978701415
  • https://openalex.org/W2009315197
  • https://openalex.org/W2036848170
  • https://openalex.org/W2041949408
  • https://openalex.org/W2061765975
  • https://openalex.org/W2066307121
  • https://openalex.org/W2072479766
  • https://openalex.org/W2075563069
  • https://openalex.org/W2097008109
  • https://openalex.org/W2098021788
  • https://openalex.org/W2118874991
  • https://openalex.org/W2123095427
  • https://openalex.org/W2126419817
  • https://openalex.org/W2131271579
  • https://openalex.org/W2140012092
  • https://openalex.org/W2141052558
  • https://openalex.org/W2143162227
  • https://openalex.org/W2148257505
  • https://openalex.org/W2151068319
  • https://openalex.org/W2165188338
  • https://openalex.org/W2166152751
  • https://openalex.org/W2351307158
  • https://openalex.org/W2404995377
  • https://openalex.org/W2559567313
  • https://openalex.org/W2591192291
  • https://openalex.org/W2800928721
  • https://openalex.org/W2802916099
  • https://openalex.org/W2885292976
  • https://openalex.org/W2891677671
  • https://openalex.org/W2903714624
  • https://openalex.org/W2907484122
  • https://openalex.org/W2914929169
  • https://openalex.org/W2918457371
  • https://openalex.org/W2943796178
  • https://openalex.org/W2948411443
  • https://openalex.org/W2952510980
  • https://openalex.org/W2965326391
  • https://openalex.org/W2968607160
  • https://openalex.org/W2981543307
  • https://openalex.org/W2991284962
  • https://openalex.org/W3020739185
  • https://openalex.org/W3027639470
  • https://openalex.org/W3080524988
  • https://openalex.org/W3086869492
  • https://openalex.org/W3127922247
  • https://openalex.org/W3128825873
  • https://openalex.org/W3139114646
  • https://openalex.org/W3210482771
  • https://openalex.org/W4206159668
  • https://openalex.org/W4220889415
  • https://openalex.org/W4220941226
  • https://openalex.org/W4281762878
  • https://openalex.org/W4292112909
  • https://openalex.org/W4307499980
  • https://openalex.org/W4313312913
  • https://openalex.org/W4385330735