拟南芥GST蛋白TT19介导细胞内花青素转运的机理与镁离子转运蛋白MGT10调节光系统Ⅱ活性的研究

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花青素属类黄酮化合物,参与植物对多种环境因子的响应过程。此外,食物中的花青素对人类健康产生积极影响。植物细胞中,花青素在细胞质一侧的内质网上合成,但主要存储在中央大液泡内。至今,人们对花青素由内质网向液泡转运过程的了解仍十分有限。本研究显示谷胱甘肽S-转移酶TT19作为色素载体在上述转运过程中发挥关键作用。我们从拟南芥甲基磺酸乙酯(EMS)诱变群体中鉴定到一个TT19的等位突变体(tt19-7)。与野生型相比,该突变体中花青素积累水平显著降低,但黄酮醇含量却提高36%。在tt19-7中表达TT19与绿色荧光蛋白的融合蛋白(TT19-GFP)能够恢复花青素的表型,表明TT19-GFP具备正常功能。共聚焦激光扫描显微观察显示,TT19-GFP不仅位于细胞质与细胞核,还位于液泡膜。蛋白质免疫印迹实验进一步确认了TT19-GFP的膜定位。体外(in vitro)研究表明,纯化的TT19重组蛋白能够增加矢车菊素(Cya)与矢车菊素-3-葡糖苷(C3G)的水溶性。与C3G相比,Cya更为显著地猝灭TT19内源色氨酸荧光,暗示Cya与TT19的结合更为紧密。等温滴定量热分析确认了TT19与C3G间的相互作用。综上所述,我们的研究结果充分证明了TT19的功能是介导细胞质内花青素的转运。  为鉴定新的调节光系统Ⅱ(PSⅡ)活性的因子,我们从拟南芥EMS诱变群体中筛选到一个PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)降低的突变体,并对其进行了深入研究。突变体叶脉黄化,形成网状花纹。其中位于维管组织相邻细胞中的叶绿体,类囊体膜结构发生巨大变化:基粒类囊体数目减少但体积变大。图位克隆结果表明突变体表型由MAGNESIUM.TRANSPORT10(MGT10)基因突变所致。MGT10属COBALT RESISTANCE(CorA)超家族,编码一个定位于叶绿体被膜的Mg2+转运蛋白。RT-PCR结果表明MGT10的转录水平不受Mg2+诱导。此外,MGT10功能缺失并不影响MGT家族其他成员与MHX基因在成熟叶片中的表达水平。MGT10在进行光合作用的器官中表达量较高,主要集中在维管组织。进一步研究显示,突变体中PSⅡ对强光异常敏感。类囊体膜光合作用蛋白复合体与D2蛋白的积累水平同时降低表明,在突变体的光合机构中,PSⅡ是受强光破坏的首要位点。低光利于mgt10建立自养生长,降低或提高培养基的MgSO4含量则不能使其在无糖条件下的生长状况好转。与野生型相比,mgt10叶片与叶绿体的Mg含量均上升,而木质部伤流液中则不变,表明Mg2+被限制在叶绿体中,提示MGT10的功能是介导Mg2+由叶绿体外排。强光条件下,mgt10中跨类囊体膜质子梯度的形成受到显著抑制,对光合机构起保护作用的qE大幅降低。同时,在qE过程中以剂量依赖的方式发挥功能的PsbS蛋白在突变体中的积累水平下降。上述功能分析显示MGT10对植物PSⅡ活性至关重要。
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