高光强为植物非生物胁迫因子之一,会影响植株的光合作用,导致植物体内大量活性氧（Reactive oxygen species,ROS）的产生和累积,不利于植物的生长。光呼吸循环与光合作用密不可分,光呼吸过程在维持氧化还原反应的动态平衡、防止光抑制等方面发挥着重要作用。拟南芥羟基丙酮酸还原酶1（Hydroxypyruvate reductase,HPR1）是光呼吸循环中的一种主要代谢酶,HPR1蛋白缺失突变体响应高光强胁迫的机制还未被报道过。本研究利用拟南芥HPR1基因T-DNA插入敲除突变体hpr1,通过反向遗传学和分子生物学等多种方法,得到的具体研究结果如下:1.高光强环境下HPRs表达量增加。HPR1及其两个同功酶HPR2和HPR3均在叶片和生殖器官中表达量较高,三个基因的启动子上游片段中均分布了大量光响应元件,将拟南芥野生型移入350μmol·m-2·s-1光强的生长箱中（22℃,光周期:16小时光照/8小时黑暗）持续处理48小时,HPR1、HPR2和HPR3的表达量逐渐升高。通过激光扫描共聚焦显微镜观察到HPR1定位于过氧化物酶体,HPR2和HPR3定位于细胞质中。2.HPR1蛋白缺失突变体响应高光强胁迫。经鉴定得到了HPR1敲除突变体hpr1,将正常条件培养长大的hpr1突变体移入350μmol·m-2·s-1光强下处理一周,与野生型相比,hpr1突变体矮小黄化,并且鲜重、叶绿素含量、光合效率等生理指标也极显著低于野生型。构建得到了两个HPR1表达量不同的互补株系,经高光强处理后,互补株系的表型以及生理指标都能得到部分回补,并且回补程度与互补系中HPR1的表达量是一致的。3.高光下HPR1的缺失降低了光合效率。经350μmol·m-2·s-1光强处理后,hpr1突变体的光合参数Y（II）和ETR均极显著低于野生型。蓝色温和凝胶和蛋白免疫印迹结果表明,无论是在正常光强下还是高光强下,hpr1突变体的叶绿体组装和光系统蛋白均与野生型没有差异。4.HPR1通过减慢光修复来加速光抑制。将野生型和突变体的离体叶片用1000μmol·m-2·s-1光强损伤6小时,发现HPR1与光损伤无关。将野生型和突变体的离体叶片用1000μmol m-2 s-1光强损伤直到光合效率降至起始的60%后,移至60μmol·m-2·s-1光强下进行修复,发现hpr1突变体的修复速率显著低于野生型。5.高光下HPR1缺失导致大量ROS产生。用DCF探针处理拟南芥野生型和突变体原生质体,在1000μmol·m-2·s-1光强下照射30分钟,激光扫描共聚焦显微镜发现hpr1突变体中有大面积绿色荧光,说明突变体产生了大量ROS。除了ROS的产生之外,还在突变体内检测到抗氧化酶CAT和SOD的活性较高。6.高光下HPR1缺失导致光呼吸中间代谢体累积。通过荧光定量PCR和GC-MS检测了光呼吸通路基因的相对表达量和中间代谢体的相对含量,结果表明经高光强处理后,hpr1突变体中的一些光呼吸通路基因表达量显著高于野生型,并且积累了大量有毒害的光呼吸中间代谢体,光呼吸速率加剧。研究结果表明HPR1蛋白缺失突变体响应高光强环境,在高光胁迫的条件下,HPR1缺失会导致植物光合效率降低、光呼吸速率加快,植物体内产生大量ROS,并且HPR1与光抑制过程密切相关,有利于植物应对极端环境。