THF1調控光系統II不同複合體之間動態平衡的機理研究

《THF1調控光系統II不同複合體之間動態平衡的機理研究》是依託上海師範大學，由黃繼榮擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：THF1調控光系統II不同複合體之間動態平衡的機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃繼榮
• 依託單位：上海師範大學

項目摘要

高等植物的光系統II(PSII)是由PSII核心複合體與外周天線（LHCII）組成的超大分子複合體。隨著環境條件的變化，PSII-LHCII複合體會發生重組,其動態變化直接參與光系統之間的狀態轉換、非光化學淬滅以及反應中心D1蛋白的修復等重要生理過程。我們前期的研究結果表明在光合放氧生物中高度保守的PSII外周蛋白Thylakoid Formation 1 (THF1)在擬南芥中參與PSII-LCHII不同複合體之間的動態平衡。本項目將深入研究THF1調控PSII-LHCII動態變化的分子機理。我們將運用結構生物學、遺傳學以及分子生物學等手段研究：（1）THF1的晶體結構與生化功能；（2）在逆境條件下THF1調控PSII-LHCII重組的功能保守性與THF1的作用機理；（3）鑑定與THF1互作的新分子。本項目的研究成果將為今後運用生物技術提高作物抗逆性與光能利用效率提供新的思路。

結題摘要

高等植物的PSII包括核心複合物、內周天線和外周天線LHCII三個部分，也稱之為PSII-LHCII超聚複合物。兩個或兩個以上的超聚複合物還會形成巨大複合體(megacomplex)。我們的前期研究結果表明THF1/PSB29參與PSII-LHCII超聚複合體在強光或者黑暗下的動態變化，但其作用的分子機制並不清楚。本項目是在前期的基礎上深入分析THF1調控PSII-LHCII動態變化機制。為此，我們首先構建了thf1與不同lhcb的多突變體。結果表明thf1 lhcb5可以部分恢復thf1的滯綠表型，表明thf1的滯綠表型與天線LHCB5密切相關；BN-PAGE分析結果顯示PSII-LHCII的水平在lhcb5和thf1 lhcb5中劇烈降低，說明LHCB5相對於THF1具有遺傳上位性。蛋白免疫印跡實驗表明暗處理6天后 thf1中PSII 的核心蛋白D2殘留，而thf1 lhcb5中D2的殘留量比thf1降低，這可能是由雙突變體中PSII複合物本身的含量比較低有關，而不是因為THF1具有解聚PSII二聚體的功能。其次，我們利用外源表達並純化的THF1蛋白加入到分離的類囊體膜溶液中，檢測其在強光條件下是否具有穩定PSII-LHCII的功能。結果表明外源添加THF1具有提高PSII最大光化學效率，以及穩定PSII-LHCII超聚複合體和PSII二聚體的作用。雙向電泳分析結果顯示純化THF1與PSII-LHCII超聚複合體, PSII二聚體, PSII單體和LHCII單體共定位，說明THF1在PSII各種複合體上都有結合。酵母雙雜交和Pull-down實驗結果均表明THF1與D1蛋白結合。同時，我們也發現過表達THF1（THF1-GFP）的株系在強光下比野生型積累更多的PSII超聚複合體。我們還研究了藍藻中THF1的同源蛋白Psb29的功能保守性。強光條件下psb29突變體生長延遲，其PSII二聚體降解比野生型更快，說明Psb29具有維持強光條件下PSII 二聚體穩定性。最後，我們通過冷凍電鏡解析THF1與PSII-LHCII形成的複合體結構，但沒有觀察到含有THF1的PSII-LHCII超聚複合體，因此各種PSII複合體的分離與鑑別技術需要進一步完善。