《擬南芥葉綠體蛋白HL2保護光合系統II的分子機制研究》是依託中山大學，由王宏斌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：擬南芥葉綠體蛋白HL2保護光合系統II的分子機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王宏斌
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
快速有效的PSII（光合系統II）修復對於植物維持正常的光合效率至關重要。我們前期發現一個擬南芥新基因- - HL2，其缺失突變體對高光敏感，高光下表現出PSII光合活性顯著降低、D1蛋白降解速率顯著增加等PSII光損傷表型，並且PSII核心蛋白積累明顯減少、PSII-LHCII超級複合物穩定性降低，提示HL2可能參與PSII修復。有趣的是，作為一個包含寡肽酶結構域的葉綠體蛋白，HL2主要定位於類囊體膜，而且可以與PSII修復蛋白PPL1發生互作，有可能介導了一種新的PSII修復機制，值得深入研究。本項目擬在確證HL2參與PSII修復作用的基礎上，結合HL2精細定位與寡肽酶活性分析，深入探究其作用機理，包括侯選生理底物（如PPL1等）的鑑定以及寡肽酶活性在PSII修復中的作用等。本研究將鑑定一個新的葉綠體PSII修復因子，並可能揭示植物中由寡肽酶介導的蛋白降解途徑參與的PSII修復調控新機制。
結題摘要
植物光系統通過利用光能進行光合作用，將二氧化碳和水轉化為有機物，並釋放出氧氣，是生物賴以生存的基礎，也是地球碳氧循環的重要媒介。其中，光系統II（PSII）利用光能完成水的光解和質體醌的還原，對於光合作用的開啟至關重要。然而，PSII也是最敏感的光化學反應位點，極易受到自然界中不斷變化光條件的損傷。因此，有效的PSII損傷修復是植物有效適應環境變化的保障，但其調控機制尚不清楚。長期以來，尋找PSII修復蛋白並闡釋其功能，是理解光系統修復機制的關鍵。該項目通過對模式生物擬南芥突變體大規模篩選，鑑定到一個陸生植物特有的葉綠體類囊體跨膜蛋白——HL2 【後更名為HHL1（HYPERSENSITIVE TO HIGH LIGHT1）】。通過生理學、分子生物學、生物化學和遺傳學等手段研究發現，HHL1基因突變導致PSII活性劇烈降低，活性氧水平明顯上升，葉黃素循環速度顯著加快；同時，PSII核心蛋白降解速度以及PSII複合物的重新組裝受到影響。有趣的是，HHL1與PSII核心蛋白CP43存在體內和體外的直接互作，並且只和包含CP43的PSII複合物結合，提示了HHL1可能參與調控PSII修復過程中CP43的釋放。進一步研究發現，HHL1和另一個陸生植物特有的PSII修復蛋白LQY1（LOW QUANTUM YIELD OF PHOTOSYSTEM II1）存在分子和遺傳互作，協同參與PSII修復調控。該工作發現了新的光系統修復因子，證實了陸生植物具有複雜精細的PSII修復系統，對於理解植物生長發育與逆境回響具有重要的理論價值。這一研究成果發表於植物學領域國際權威雜誌The Plant Cell【2014, 26(3)，1213-1229】，並被國家自然科學基金委以“基金要聞進行報導”。此外，本項目在完成HL2參與PSII保護相關研究的基礎上，又拓展了PSII相關的功能研究，鑑定到PSII功能缺陷突變體RPA1，初步研究結果提示RPA1參與PSII生物發生，為進一步深入理解PSII生物發生調控機制打下了較好的基礎。
