《高等植物葉綠素合成途徑的轉錄調控研究》是林榮呈為項目負責人，中國科學院植物研究所為依託單位的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高等植物葉綠素合成途徑的轉錄調控研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：林榮呈
- 依託單位：中國科學院植物研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
葉綠素是光合作用反應的主要色素，它吸收和傳遞光能。葉綠素的生物合成是完成葉綠體發育及實現光合作用的前提。儘管高等植物中葉綠素合成的反應步驟、參與催化的酶及其編碼基因都有很多研究，然而，這些酶基因是如何被調控（特別是在轉錄水平）的分子機制仍然非常有限，這大大制約了我們對整個葉綠素代謝過程及光合作用反應調節的深入了解。本項目將以擬南芥為研究對象，通過已建立的多角度、多方位的遺傳和分子篩選體系，系統挖掘葉綠素合成途徑的調控因子，並對3個以上關鍵轉錄調控因子的生物學功能、遺傳關係、作用方式、以及分子和生化機理進行深入研究，從而建立調控模型以及葉綠素合成的初步調控網路。預期本研究取得的結果將增強我們對葉綠素合成與植物體內外環境相適應機制的理解，提高我們對光合作用高效吸能、傳能機理的認識，並且對將來人工模擬光合作用具有指導意義。
結題摘要
高等植物從種子萌發後的異養生長向光合自養生長過程是其一生非常重要的轉變過程，在該過程中，光促使葉綠素合成和葉綠體發育起著關鍵的作用。葉綠素是光合作用的主要色素，它吸收和傳遞光能。葉綠素的生物合成是完成葉綠體發育及實現光合作用的前提。高等植物中葉綠素合成的反應步驟、參與催化的酶及其編碼基因都有很多研究，然而這些基因被調控的分子機制仍不清楚。因此，本項目主要通過遺傳學和生化手段尋找葉綠素生物合成途徑的上游重要調控因子，研究這些因子的生物學功能及生化分子機制，提出調控模型並建立起葉綠素合成的調控網路。通過本研究，我們發現了4類轉錄因子（7個蛋白）在調控葉綠素合成中發揮重要作用，並揭示了它們的分子生化機理，同時發現了1個葉綠素合成關鍵酶的新功能。重要結果包括：（1）發現FHY3和FAR1轉錄因子可以直接結合葉綠素合成途徑基因HEMB1的啟動子，並促進該基因的表達，並且FHY3和FAR1能與PIF1轉錄因子相互作用，揭示了FHY3/FAR1與PIF1蛋白協同調控葉綠素合成的分子機理；同時揭示了FHY3/FAR1和葉綠素合成參與抗病的分子機制。（2）揭示了兩類轉錄因子PIF1/PIF3與HY5/HYH相互作用，回響光照強度的變化來調節原葉綠素酸酯合成與活性氧相關基因表達的分子機制。（3）篩選鑑定到轉錄因子RVE1，它直接調節PORA基因表達和幼苗轉綠過程。（4）發現原卟啉原氧化酶PPO1與MORF家族蛋白相互結合調節葉綠體RNA編輯，揭示了葉綠素合成酶功能的多樣性。研究成果對認識植物從異養到自養生長過程中葉綠素合成和葉綠體發育的調節，以及植物啟動保護機制來抵禦強光脅迫具有重要意義，為遺傳改良提高植物對光環境的適應性提供理論依據。
