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众所周知,在类囊体膜上存在光系统Ⅰ,光系统Ⅱ,细胞色素b6f, ATP合酶等四种光合膜蛋白复合体。20多年前,人们又在蓝藻光合类囊体膜上发现了第五大光合膜蛋白复合体,称为NADPH脱氢酶(NDH-1)复合体。研究结果表明,该复合体参与许多重要的生理功能,包括细胞呼吸;CO2吸收;围绕光系统Ⅰ的循环电子传递。NDH-1复合体介导的循环电子传递能够建立跨膜质子梯度(△pH),产生额外ATP,以便细胞应对外界胁迫条件。近年来,通过蛋白质组学等方法,在蓝藻细胞中发现了四种不同功能形式的NDH-1复合体,即NDH-1L/L和NDH-1MS/MS。研究结果指出,这四种类型的NDH-1复合体均参与围绕光系统Ⅰ的循环电子传递。尽管目前人们在蓝藻NDH-1复合体的亚基组成及生理功能上取得了一些重大成就,但相对于高等植物中该复合体的研究,蓝藻NDH-1复合体的组装,以及参与组装的调控蛋白的研究尚不够。因此,人们对蓝藻NDH-1复合体的探索远未止步。
为了寻找蓝藻NDH-1复合体新的亚基组分或辅助因子,从而增加人们对蓝藻中NDH-1复合体重要性的认识。首先,通过集胞藻6803(Synechocystis sp.strainPCC6803)转座子突变体库的高光筛选,我们获得了两个抗高光的突变株。进一步研究表明,这两个抗高光突变株都是突变了同一个未知基因——nrf并且这一基因的突变导致提高NDH-CET的活性。为确定高光条件下的表型是否是由此基因突变引起的,我们构建并获得了nrf基因的缺失突变株。通过生理功能的检测,我们进一步肯定了nrf的突变导致NDH-CET的活性增加,从而产生抗高光的生长表型。通过对nrf基因的同源序列比对,我们发现在莱茵衣藻中缺失它的同源基因,从而肯定它与NDH-1复合体有关。通过对Nrf蛋白的定位,我们发现它是一个胞质蛋白。因此,它可能是NDH-1复合体的一个新辅助蛋白。为肯定这一结论,我们检测了△nrf和野生型株系中NDH-1复合体亲水亚基在胞质、类囊体膜和总体水平中的变化。结果表明,nrf的突变提高了NDH-1复合体的组装水平。胞质中NDH-1复合体相关亚基的含量减少证实了这一观点。因此,可溶性蛋白Nrf位于胞质中,它的存在阻碍了NDH-1L和-1M复合体的有效组装,从而削弱了NDH-CET活性。进一步,通过结构域的分析,我们发现Nrf具有三角形四肽(TPR),重复五肽(PRP)结构域,这些结构域参与了蛋白与蛋白之间的相互作用。因此,我们推测Nrf这个蛋白可能影响了NDH-1复合体的上膜过程。具体的作用机理有待进一步研究。
综上所述,本论文成功地筛选并鉴定到了一个蓝藻NDH-1复合体新辅助蛋白——Nrf,它的缺失提高了NDH-CET的活性。这一提高与影响NDH-1复合体的组装效率有关。
20多年前,科学家们在蓝藻光合内囊体膜上发现了,参与光合作用的第五大光合膜蛋白复合体,称为NADPH脱氢酶(NDH-1)复合体。研究表明,蓝藻中NDH-1复合体参与许多生理功能,例如细胞呼吸;CO2的吸收;围绕光系统Ⅰ的循环电子传递。对蓝藻的生理活动甚至生存起着非常重要的作用。本文主要从NDH-1复合体的生理功能、组成、类型,调控组装及参与组装的辅助蛋白等方面介绍蓝藻NDH-1复合体的研究现况。
近年来,人们在对蓝藻NADPH脱氢酶的亚基组成和复合体功能等方面的研究,已经取得了一些重大的进步,但是在揭示该复合体的亚基成熟和组装方面的研究却很少有报道。本文中,我们通过高光筛选策略,在转座子插入突变的突变体库中,筛选到了两个循环电子传递功能增强的突变株,通过反向遗传学手段的鉴定,我们发现这两个突变株都是同一个基因nrf的插入突变,该基因编码了一个功能未知的蛋白。为了弄清楚Nrf蛋白是怎样影响NDH-CET的活性,我们首先检测了突变株中,NDH-1复合体的相关亚基的总体表达水平,又在内囊体膜上,检测了NDH-1复合体的组装水平,随后又在基质中,检测了NDH-1复合体相关亚基的含量。实验证实,可溶性蛋白Nrf位于细胞质中,他的存在阻碍了NDH-1L复合体和NDH-1M复合体的有效组装。