《葉綠體單線態氧信號新元件及其光適應生理機制研究》是張中偉為項目負責人，四川農業大學為依託單位的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：葉綠體單線態氧信號新元件及其光適應生理機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張中偉
- 依託單位：四川農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
單線態氧是一種重要的活性氧分子，葉綠素前體物質原葉綠素酸酯在光照下即可產生單線態氧。但它的信號通路還鮮有研究，目前只知道葉綠體EXECUTER1和EXECUTER2蛋白是單線態氧信號的重要感知元件。我們的初步研究發現多種葉綠體信號的整合點葉綠體GUN1蛋白，細胞核脫落酸回響轉錄元件ABI4和CCAAT結合轉錄因子家族成員CBFA可能也參與了單線態氧信號轉導，它們或許是還未深入研究的單線態氧信號的新元件。該課題將結合高光脅迫、螢光成像、基因晶片、啟動子分析等技術手段考察GUN1，ABI4和CBFA在單線態氧信號轉導中的作用，以及單線態氧信號對於植物適應光照變化的生理意義。該課題將細胞器間信號轉導與光合生理結合，對植物胞內信號轉導、光合器官發育調控、光形態建成、光適應分子機理研究有重要參考價值。
結題摘要
高等植物在進化過程中進行有氧呼吸使得活性氧在葉綠體，線粒體，等細胞器中不斷產生，過量的活性氧會超過活性氧清除系統的清理能力而對植物體產生毒害作用，但同時活性氧也是一種信號分子參與了大量的逆境途徑，如病理防禦信號，細胞凋亡過程，逆境脅迫反應等。單線態氧是一種重要的活性氧分子，葉綠素前體物質原葉綠素酸酯在光照下即可產生單線態氧。但它的信號通路還鮮有研究，目前只知道葉綠體EXECUTER1和EXECUTER2蛋白是單線態氧信號的重要感知元件。我們的初步研究發現多種葉綠體信號的整合點葉綠體GUN1蛋白，細胞核脫落酸回響轉錄元件ABI4和CCAAT結合轉錄因子家族成員CBFA可能也參與了單線態氧信號轉導，它們或許是還未深入研究的單線態氧信號的新的葉綠體元件和胞質元件。 本課題通過雜交的方式構建了擬南芥flu/gun1和flu/abi4雙突變體，外源單線態氧處理，單線態氧的關鍵回響基因DIL和ZP在突變體gun1、abi4以及flu/gun1和flu/abi4雙突變體中的表達沒有被誘導。高光照同時添加光合電子傳遞鏈的抑制劑DCMU，flu/gun1和flu/abi4雙突變體受到的光氧化損傷弱於野生型，MDA和電導率較低，這說明GUN1和ABI4參與了單線態氧信號介導的高光照適應。轉錄組分析的結果表明：在約3700個基因中flu突變體和野生型相比表達上調2倍以上的基因有260個，flu/gun1雙突變體和野生型相比有59個基因表達上調2倍以上，而在flu/abi4雙突變體則只有18個基因表達上調2倍以上。這與ex1/flu雙突變體和ex1/ex2/flu 三突變體與野生型比對的結果類似。這表明下游ABI4在單線態氧通路中的作用強於上游的GUN1，GUN1和ABI4均參與了單線態氧信號轉導，是信號途徑上的關鍵元件。高光照處理下，flu/gun1和flu/abi4雙突變體比flu單突變體表現出低的活性氧積累，並且葉片葉綠素螢光，淨光合速率均顯著高於flu，雙突變體的類囊體受損傷也低於flu。這進一步證明單線態氧信號的在植物光適應方面的重要作用。 我們的結果對單線態氧信號轉導及光合作用調控有新的理論貢獻，發現了單線態氧信號轉導途徑的新關鍵元件GUN1和ABI4，並闡釋了啟動子結合特性和上下游關係。對植物光適應、光調控和植物抗逆分子機理研究也有重要參考意義。
