论文部分内容阅读
光合电子传递是光合生物将光合色素吸收的光能转化为电能，进一步从水中摄取电子并推动电子在光合电子传递链上传递，最终将光能转化为化学能的过程。与此同时，光合电子传递耦联形成的跨膜质子梯度驱动叶绿体ATP合酶生成ATP。高等植物的叶绿体中不但含有多种光合电子传递方式，还进化出了复杂的活性调控机制调节不同条件下光能的吸收、传递与转化，确保高效光合作用的有效运行。我们实验室以叶绿素荧光参数—非光化学猝灭(NPQ，Non-Photochemical Quenching)为指标，筛选得到了一个光合电子传递异常的拟南芥突变体uspl(突变体中被敲除的基因编码一个光谱应激类似蛋白universalstress protein-like，故将突变体命名为uspl)。本论文预期通过对该突变体的研究，揭示突变基因USPL调节光合电子传递的分子机制。 突变体uspl的NPQ诱导曲线显示，在照光60s、80s时的NPQ值显著高于野生型，而在照光40s之前，突变体uspl和野生型的NPQ诱导动态并没有差异，表明40s之前突变体uspl的光合电子传递没有受到影响，但在照光60s、80s时突变体uspl中质子在囊腔的累积明显高于野生型。野生型植株和突变体uspl的光饱和曲线显示，在高于200μmol photons m-2·s-1的光照条件时，突变体uspl的稳态NPQ水平低于野生型，而ETR则高于野生型，表明突变体uspl通过PSII的电子传递速率要高于野生型，但是在囊腔内的质子浓度却低于野生型。这有可能是叶绿体ATP合酶被过度活化造成囊腔内的质子累积降低的结果。 我们采用了TAIL-PCR的方法确定了突变体中的突变基因为USPL。USPL蛋白是一个含有保守UspA结构域的广谱应激蛋白(USP,Universal Stress Protein)，它同时定位于类囊体膜上和叶绿体基质中。免疫印迹结果显示USPL蛋白在叶绿体类囊体膜上和基质中蛋白的含量比例为1∶4。在类囊体膜上，USPL可能直接结合在PSII的二聚体、PSI的单体或者完整的叶绿体ATP合酶复合物上而直接调控光合电子传递。而在叶绿体基质中，USPL蛋白以游离的形式存在，可能发挥分子伴侣的功能。 分子遗传学实验证明，突变体uspl为一杂合体。杂合体果荚有约1/4的胎座上始终没有发现胚珠的形成，表明USPL基因在胚胎发育过程中是必需的。不仅如此，USPL基因在高温条件下被诱导表达，植株在38℃高温处理两天后，叶绿体基质中的USPL蛋白含量明显上升，说明其可能以分子伴侣的方式参与了植物对高温的响应。 综上所述，本研究发现了一个可以调节光合电子传递的广谱应激蛋白USPL，它可能直接结合在类囊体膜某个电子传递复合物上而调控光合电子传递。同时我们的实验证明了USPL可能以分子伴侣的形式参与了植物对高温的响应以及植物胚胎的发育过程。本学位论文的相关工作不仅在深入阐明光合作用调节机理方面有重要的意义，而且为培育高光效、抗逆作物新品系等方面提供新的理论依据。