锰是植物生长发育过程中必需的微量元素之一,叶绿体中的锰参与光合膜上放氧复合体的形成,缺锰影响光合系统PSII蛋白复合体的组装和光合作用。为了研究植物叶绿体中锰的利用机制,本课题组前期构建nrampl背景的EMS化学诱变库,筛选并获得一系列缺锰依赖的新叶黄化突变体,本研究对其中的一株缺锰新叶黄化的突变体mdg4nramp1(mdg4,Mn-dependent defectiv egrowth4)为实验材料,在基因克隆、生理和分子机制方面作进一步的研究,试验结果如下:(1)缺锰时mdg4nramp1突变体新叶黄化,该表型依赖于外源锰的供应,缺铁、缺锌缺铜和加镉时mdg4nramp1突变体与nramp1的叶色表型无明显差异,该结果说明mdg4nramp1缺锰依赖的新叶黄化具有一定的特异性。采用电镜技术对mdg4nramp1进行叶绿体结构的观察,结果显示缺锰时mdg4nramp1叶绿体和类囊体结构有严重缺陷。ICP-MS测定锰的含量发现缺锰不影响mdg4nramp1突变体的新生叶片锰的积累,但是严重干扰mdg4nramp1突变体新生叶片的叶绿体发育和光合膜结构。(2)缺锰时突变体mdg4nramp1新叶黄化表型受一个隐性单基因控制,MDG4编码定位于细胞质和细胞核的TPR家族蛋白REC1,对pMDG4::GUS转基因植株作GUS染色发现MDG4主要在光合作用旺盛的组织表达,qRT-PCR结果显示在mdg4突变体和缺锰时MDG4基因的表达下调。(3)水培条件下,mdg4突变体中光合色素含量下降;缺锰时mdg4nramp1突变体的新生叶失绿黄化,叶绿体中锰含量略微下降。通过BN-PAGE分析类囊体膜上蛋白复合体的变化,并结合Western blotting技术检测单个蛋白的变化,结果显示叶片光合膜上的PSII复合体丰度降低,其中类囊体上外周蛋白Dl、CP43和PsbP的蛋白丰度下降最显著。综上所述,TPR家族蛋白MDG4调控拟南芥叶绿体内锰利用和PSII复合体组装过程。