水稻EF-Tu蛋白参与高光条件下光系统Ⅱ功能维持的机理研究

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光系统Ⅱ(PSⅡ)是叶绿体中对环境胁迫较为敏感的部位之一,高温、高光、低温等常常对其造成伤害,从而使光合作用不能正常进行。因此,在环境胁迫条件下如何维持PSⅡ功能对于植物光合功能的维持以及植物正常生长具有重要的意义。我们从粳稻日本晴EMS诱变库中筛选到一个高光胁迫下与PSⅡ功能维持相关的突变体ef-tu,该突变体是由于叶绿体翻译延伸因子EF-Tu第127位氨基酸的突变造成的。利用植物生理学、生物化学以及分子生物学等手段对突变体ef-tu进行了详细的研究,取得以下主要结果:  1.ef-tu突变体在大田生长条件下,与野生型相比表现出叶色微黄、植株稍小、叶绿体发育异常、光合碳同化能力下降、PSⅡ核心蛋白积累减少、活性氧清除系统增强和叶黄素循环加快等特点。  2.突变体表现出对高光胁迫敏感的表型。低光下(250μmol photons m-2 s-1)ef-tu突变体较野生型表型差异不明显,而高光(1,200μmol photons m-2s-1)处理后突变体PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)较野生型有较大下降,PSⅡ电子传递受阻,叶绿体结构异常,PSⅡ核心蛋白积累减少。突变体中编码光系统核心蛋白mRNA转录水平、翻译起始效率、叶绿体蛋白合成都没有受到影响。但是,PSⅡ蛋白的周转速率明显加快。  3.EF-Tu在高光条件下能够减轻PSⅡ的光破坏。体外表达EF-Tu活性蛋白能够有效地降低突变体类囊体膜对高光的敏感性,保护PSⅡ核心蛋白。  4.高光处理后EF-Tu蛋白从叶绿体基质向类囊体膜上迁移,并主要分布于基粒垛叠边缘和基质片层,在基粒垛叠区有少量分布。EF-Tu蛋白能够与PSⅡ复合物发生共迁移。  5.免疫共沉淀,Pull-down,overlay以及酵母双杂交等实验发现EF-Tu蛋白与CP43蛋白相互作用。  以上结果表明在水稻叶绿体翻译延伸因子中发生的点突变在低光条件下能够满足基本的生理需要或者该蛋白功能存在冗余,而在高光条件下,EF-Tu可能作为一种分子伴侣,通过PSⅡ核心蛋白CP43参与高光过程中PSⅡ功能维持。  
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