拟南芥DOF家族蛋白OBP2在光合作用以及叶绿体发生、发育中的作用研究

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高等植物进行光合作用的主要场所位于叶绿体内,因而要保证光合作用的正常进行需要确保叶绿体的正常发育。迄今为止的研究发现,许多叶绿体发育有缺陷的拟南芥突变体表现出黄化或白化的叶色改变。本文中,我们利用“正向遗传学”,在拟南芥T-DNA插入突变体库中进行筛选,获得了黄化叶色突变体Line17,并对其进行研究。  叶色突变体Line17中的突变基因为OBP2(At1g07640),突变位点位于基因上游907 bp处,属于OBP2基因的启动子结合区。OBP2是拟南芥DOF(DNAbinding with One Finger)转录因子家族中的一员。DOF蛋白是植物界所特有的,属于单锌指蛋白,是锌指蛋白家族中的一个亚家族。DOF转录因子包含以下序列特征:N-端含有一个由52个氨基酸组成的高度保守单锌指结构域,含有一个保守的CX2CX21CX2C基序,这一特殊结构与锌离子(Zn2+)结合, DOF转录因子的核心识别序列是AAAG(CTTT),此外,其侧翼序列也会对DOF的DNA结合功能产生影响;DOF蛋白的N-端和C-端(除DOF结构域自身外)的可变性非常大,这种区域多变性可能与DOF转录因子通过特异性的结合调控蛋白或信号分子而参与到多个不同调控过程有关;其中,DOF蛋白的C-端可能具有转录激活功能。  DOF家族的转录因子参与调控植物多个生长发育及代谢过程,包括影响植物的种子萌发、参与植物光合作用、参与调控物质合成过程、调控气孔保卫细胞中相关基因表达等。在本文中,我们研究了DOF转录因子家族成员OBP2在叶绿体生物合成过程及光合作用中可能具有的作用。叶绿体合成是一个复杂的过程,涉及核基因转录、叶绿体蛋白的导入与加工、叶绿体基因的转录与翻译、叶绿体蛋白的折叠与降解、类囊体的形成与光合色素合成等。结合叶色突变体的表型,我们对其进行了色素分析,并通过半薄切片对叶绿体发育情况进行了初步的显微观察。实验结果表明,叶色突变体中叶绿素含量显著降低,β-胡萝卜素含量明显低于野生型,叶绿体的数目在野生型与突变体的子叶及真叶中没有明显差异。对叶色突变体Line17进行叶绿素荧光检测,发现突变体中光系统Ⅱ在暗适应下最大光量子产额低于野生型,并且在高光下电子传递速率低于野生型,即突变体中光合作用能力降低,其光保护能力也受到影响,这可能与β-胡萝卜、素的含量降低有关。  为了解OBP2基因的突变是如何引起突变体Line17中色素含量的变化以及如何影响其光合作用能力与光保护能力,我们对类胡萝卜素代谢途径中的酶基因以及光系统Ⅰ和光系统Ⅱ中编码捕光蛋白复合体的基因的表达量进行了分析。由于OBP2的分子本质是转录因子,主要通过调控基因时空特异性表达参与植物的生长发育及代谢过程,为研究OBP2是通过怎样的调控网络影响拟南芥叶片颜色,我们通过GENEVESTIGATOR数据库对其共表达基因进行了分析和预测,为进一步的研究提供可能的方向。
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