近日,中國(guó)水稻研究所水稻功能基因組研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首次明確并揭示了水稻主要光合電子傳遞蛋白葉型鐵氧還蛋白I對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響,為闡明水稻不同鐵氧還蛋白在調(diào)控光合電子向下游代謝途徑分配的分子機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《植物學(xué)報(bào)(The Plant Journal)》上。
據(jù)朱麗研究員介紹,鐵氧還蛋白廣泛存在于各種植物、動(dòng)物及微生物體內(nèi)參與電子傳遞。在光合過(guò)程中,光系統(tǒng)接受光子,經(jīng)過(guò)各個(gè)電子傳遞蛋白,最終將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,光合型鐵氧還蛋白作為唯一的可溶性電子受體,可將來(lái)自光系統(tǒng)I的電子傳輸?shù)较掠胃鞣N鐵氧還蛋白依賴的代謝過(guò)程,涉及碳同化、氮同化、硫同化、葉綠素代謝、光敏色素合成、脂肪酸合成等諸多生物學(xué)途徑,是光合電子向多種生物學(xué)途徑分配的中樞元件,對(duì)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。
在前期的研究中,研究人員利用一個(gè)黃葉晚抽穗突變體。在水稻中克隆了鐵氧還蛋白C2,該基因突變后引起植株抽穗延遲、葉片失綠,株高、有效分蘗數(shù)及千粒重顯著降低等表型,突變體葉綠體結(jié)構(gòu)受損,凈光合速率下降。以此為基礎(chǔ),研究人員通過(guò)BlastP分析發(fā)現(xiàn)水稻中共有7個(gè)鐵氧還蛋白同源蛋白,其中5個(gè)為鐵氧還蛋白,2個(gè)為鐵氧還蛋白C。利用系統(tǒng)發(fā)育分析和細(xì)胞色素c、NADP+光還原實(shí)驗(yàn),以及基因表達(dá)和亞細(xì)胞定位等實(shí)驗(yàn),研究人員找到了水稻中最主要的光合電子傳遞鐵氧還蛋白I,表型觀察、糖含量測(cè)定、光合參數(shù)測(cè)定等實(shí)驗(yàn)證明鐵氧還蛋白I突變后會(huì)造成水稻光合電子傳遞受阻,光合碳同化過(guò)程被破壞,從而引起突變體內(nèi)源光合產(chǎn)物合成不足,導(dǎo)致三葉期后突變體快速褪綠并致死的表型。同時(shí)進(jìn)一步證明鐵氧還蛋白C2也具有光合電子傳遞能力,屬于光合型鐵氧還蛋白,但不直接參與水稻碳同化。
該研究得到中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程、國(guó)家自然科學(xué)基金和浙江省杰出青年基金等項(xiàng)目資助。(通訊員 陳鎏琰)
原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.14904