植物细胞拥有一整套被称为细胞器的特殊结构，其中两个特别重要的结构是叶绿体和线粒体。前者利用光能将二氧化碳和水转化为氧气和糖，而后者则或多或少做相反的事情：它们“燃烧”糖和其他化合物产生大量细胞过程所需的能量。
这两种细胞器的独特之处在于它们有自己的基因。这种遗传物质的工作原理类似于细胞器工作所需的关键分子的组装指令集。例如，如果叶绿体需要制造某种蛋白质，它首先会订购一份相关组装指令的副本，然后可以用来生产蛋白质。
来自叶绿体和线粒体的基因通常有缺陷
波恩大学细胞和分子植物学研究所的博士生Elena Lesch解释说：“然而，叶绿体和线粒体中的基因往往含有缺陷。”。“因此，必须更正这些拷贝，否则根据指令组装的蛋白质将无法工作。”为此，植物使用一种属于五肽重复序列（PPR）蛋白质组的Tipp-Ex特殊分子。
植物至少有十几种，在某些情况下，多达数千种这种特殊的PPR蛋白，每一种都能纠正高度特异性的缺陷。就好像报纸上的每个词都有自己的副编辑。然而，PPR蛋白不是在使用它们的细胞器中制造的，而是在细胞器外的细胞溶质中制造的。
细胞溶质中也充满了基因拷贝，尽管这些拷贝来自细胞核，而植物数千个基因中的大多数都存储在细胞核中。相比之下，线粒体和叶绿体各自只包含几十个基因。理论上，“Tipp-Ex蛋白”也可以修正胞浆内的拷贝。“但他们没有，”Lesch说。“它们只在细胞器中工作，我们想知道为什么。”
将运输机制融入细胞器
一个原因可能是“分子亚编辑”从细胞溶质进入细胞器的速度太快。为了研究这种可能性，研究人员在一些藓类植物中为PPR基因安装了一种分子开关。这使他们能够使细胞几乎只需按一下按钮就能产生大量PPR蛋白。Lesch的同事Mirjam Thielen进行了许多实验，他透露说：“我们能够证明，这淹没了运输机制。”。“它导致胞质溶胶中的PPR蛋白堆积。”
一旦他们到达细胞溶质，他们就开始修改细胞核的拷贝。Lesch说：“我们分析了他们所做的改变，发现这些蛋白质修改了许多组实际上应该是正确的组装指令。”。“当然，像这些不正确的干预措施会适得其反，因为它们会使蛋白质功能处于危险之中。”但为什么要首先发生这种情况？除了检测缺陷外，PPR蛋白还与所谓的非靶序列相结合，这些区域看起来可能是有缺陷的序列，但实际上是完美的。Lesch指出：“由于数以万计的基因拷贝在胞浆内争抢空间，这些非靶序列被错误纠正的风险很高。”。
生产受到严格监管的“Tipp-Ex”分子
为了防止这种情况发生，植物通常只会制造相对少量的PPR蛋白质，然后在细胞溶质中的分子“Tipp-Ex”造成任何伤害之前，这些蛋白质被直接运输到细胞器中。由于叶绿体和线粒体中基因的数量以及它们的拷贝数是可控的，因此不会发生这种错误。
这项研究为这些纠正蛋白如何识别其靶点提供了新的见解。因此，未来有可能利用这些发现对线粒体和叶绿体内的特定基因拷贝进行高针对性的修饰，并研究这种修饰的效果。鉴于这些细胞器在植物能量代谢中发挥的重要作用，这也为一些有趣的实际应用开辟了空间。
