Transfer RNAs (tRNAs) remain one of the very few classes of genes still encoded in the mitochondrial genome. These key components of the protein translation system must interact with a large enzymatic network of nuclear-encoded gene products to maintain mitochondrial function. Plants have an evolutionarily dynamic mitochondrial tRNA population, including ongoing tRNA gene loss and replacement by both horizontal gene transfer from diverse sources and import of nuclear-expressed tRNAs from the cytosol. Thus, plant mitochondria represent an excellent model for understanding how anciently divergent genes can act as "interchangeable parts" during the evolution of complex molecular systems. In particular, understanding the integration of the mitochondrial translation system with elements of the corresponding machinery used in cytosolic protein synthesis is a key area for eukaryotic cellular evolution. Here, we review the increasingly detailed phylogenetic data about the evolutionary history of mitochondrial tRNA gene loss, transfer, and functional replacement that has created extreme variation in mitochondrial tRNA populations across plant species. We describe emerging tRNA-seq methods with promise for refining our understanding of the expression and subcellular localization of tRNAs. Finally, we summarize current evidence and identify open questions related to coevolutionary changes in nuclear-encoded enzymes that have accompanied turnover in mitochondrial tRNA populations.

中文翻译：

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可互换部分：植物线粒体中进化动态的 tRNA 种群

转移 RNA (tRNA) 仍然是仍然在线粒体基因组中编码的极少数基因之一。蛋白质翻译系统的这些关键组成部分必须与核编码基因产物的大型酶促网络相互作用，以维持线粒体功能。植物具有进化动态的线粒体 tRNA 种群，包括持续的 tRNA 基因丢失和由来自不同来源的水平基因转移和从细胞质中导入核表达的 tRNA 的替代。因此，植物线粒体代表了一个很好的模型，用于理解古老的不同基因如何在复杂分子系统的进化过程中充当“可互换部分”。特别是，了解线粒体翻译系统与用于细胞溶质蛋白质合成的相应机制元素的整合是真核细胞进化的关键领域。在这里，我们回顾了关于线粒体 tRNA 基因丢失、转移和功能替换的进化历史的越来越详细的系统发育数据，这些数据在植物物种间的线粒体 tRNA 种群中产生了极大的变异。我们描述了新兴的 tRNA-seq 方法，有望改善我们对 tRNA 表达和亚细胞定位的理解。最后，我们总结了当前的证据并确定了与伴随线粒体 tRNA 种群更替的核编码酶的共同进化变化相关的开放性问题。我们回顾了关于线粒体 tRNA 基因丢失、转移和功能替换进化历史的越来越详细的系统发育数据，这些数据在植物物种中造成了线粒体 tRNA 种群的极端变异。我们描述了新兴的 tRNA-seq 方法，有望改善我们对 tRNA 表达和亚细胞定位的理解。最后，我们总结了当前的证据并确定了与伴随线粒体 tRNA 种群更替的核编码酶的共同进化变化相关的开放性问题。我们回顾了关于线粒体 tRNA 基因丢失、转移和功能替换进化历史的越来越详细的系统发育数据，这些数据在植物物种中造成了线粒体 tRNA 种群的极端变异。我们描述了新兴的 tRNA-seq 方法，有望改善我们对 tRNA 表达和亚细胞定位的理解。最后，我们总结了当前的证据并确定了与伴随线粒体 tRNA 种群更替的核编码酶的共同进化变化相关的开放性问题。我们描述了新兴的 tRNA-seq 方法，有望改善我们对 tRNA 表达和亚细胞定位的理解。最后，我们总结了当前的证据并确定了与伴随线粒体 tRNA 种群更替的核编码酶的共同进化变化相关的开放性问题。我们描述了新兴的 tRNA-seq 方法，有望改善我们对 tRNA 表达和亚细胞定位的理解。最后，我们总结了当前的证据并确定了与伴随线粒体 tRNA 种群更替的核编码酶的共同进化变化相关的开放性问题。