《馬鈴薯Y病毒抑制植物光合作用的分子機制研究》是依託中國農業大學，由王濤擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：馬鈴薯Y病毒抑制植物光合作用的分子機制研究
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：王濤
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
病毒與植物互作影響光合作用是生物學探究的重要課題。科學家對病毒抑制植物光合作用的機理進行了廣泛研究，這些研究主要集中在病毒感染所引起的植物葉綠體顯微結構和光合作用相關生理指標的變化，但其分子機制尚未闡明。.馬鈴薯Y病毒的HC-pro和CP蛋白存在於被感染植株的葉綠體中，是PVY抑制光合作用的主要因子。本研究室以HC-pro和CP為誘餌，從菸草和擬南芥cDNA文庫中篩選到多個與之互作並與光合作用相關的葉綠體蛋白，通過雙分子螢光互補實驗進一步證實它們在植物細胞內能夠互作。在此基礎上，本課題擬通過體外生化試驗、互作位點確定和互作模式分析等手段研究HC-pro和CP對互作蛋白結構和功能的影響；並通過對帶有葉綠體引導肽的HC-pro和CP轉基因菸草的葉綠體形態、數量以及葉綠素含量、光合速率、電子傳遞速率等生理指標的研究，系統解析PVY抑制植物光合作用的分子機制，為進一步防治植物病毒病害提供理論依據。
結題摘要
病毒感染引起植物體許多重要生理功能發生變化，光合作用作為植物體生命活動的基礎，是病毒破壞的首要目標。目前對病毒影響植物光合作用機理的研究取得了一定的成果，但這些研究主要集中在被感染植株的生理指標和葉綠體顯微結構方面，缺乏分子生物學水平解析病毒抑制光合作用的機制研究。本課題以馬鈴薯Y病毒 HC-Pro和CP蛋白為對象，研究它們與植物光合作用相關蛋白互作的分子機制和生物學意義。 研究證明PVY HC-Pro與植物葉綠體分裂蛋白MinD互作導致葉綠體結構異常。體外生化反應證明HC-Pro抑制MinD的ATP酶活性，影響葉綠體分裂環的定位，導致葉綠體分裂異常，轉基因菸草葉綠體膨大（橫軸和縱軸分別增大15%和80%）。 研究證明PVY HC-Pro與ATP合酶β亞基的互作導致光合速率下降，光飽和點右移。通過免疫金標測定ATP合酶數量，我們發現轉基因菸草葉綠體類囊體膜上的ATP合酶個數明顯小於野生型菸草，單位葉綠體面積上的ATP合酶個數下降16%，轉基因菸草光合速率下降57%。 研究證明PVY CP破壞葉綠體內氧化還原平衡。通過酵母雙雜交實驗我們發現硫氧還蛋白（ATHM2、ATY2、ATHZ），鐵氧還蛋白（ATFD5）及硫氧還蛋白/鐵氧還蛋白還原酶B亞基（FTRB）都與CP互作，這表明CP通過與鐵氧還蛋白/硫氧還蛋白系統複合體的作用對植物體內整個氧化還原環境產生影響。 研究證明PVY HC-Pro與NtDXS互作提高植物光合色素含量。體外酶活性實驗和轉基因菸草光合色素含量變化表明PVY HC-Pro與NtDXS的相互作用增強DXS酶活性，轉基因植物葉綠素含量增長14~35%，類胡蘿蔔素增長5~26%。這是世界上首次發現病毒蛋白對宿主生理方面產生積極作用。 我們的研究結果解析了病毒蛋白對光合作用系統的結構基礎（HC-Pro與MinD的互作影響葉綠體分裂與增殖）、能量基礎（HC-Pro與ATP合酶β亞基的互作導致光合速率下降）、環境基礎（CP與鐵氧還蛋白/硫氧還蛋白系統的作用破壞葉綠體內氧化還原環境）和物質基礎（HC-Pro與DXS的互作提高葉綠素含量）的影響，揭示了病毒侵染造成植物葉綠體分裂異常，葉綠素含量變化，電子傳遞速率和淨光合速率降低等症狀發生的相關機理。在分子水平上找到了病毒侵染抑制植物光合作用的主要因子，系統解釋了馬鈴薯Y病毒抑制植物光合作用的分子機制。
