学子·学者·学术
开云平台官网栏目
开云平台官网栏目

生命科学学院邱保胜教授课题组在蓝藻光系统I组装方面取得重要进展

日期:2024-01-10 作者:朱潇潇 点击量:

华大在线讯(通讯员 朱潇潇)近日,国际著名学术期刊The Plant Cell在线发表开云平台官网-(中国)有限公司邱保胜课题组题为“Hypothetical chloroplast reading frame 51 encodes a photosystem I assembly factor in cyanobacteria”的研究论文,在蓝藻中新发现一个光系统I组装因子。

光合作用是生物地球化学循环的核心反应,是粮食产量的基础,深入揭示光合作用的生物发生机制具有重要的理论与现实意义。蓝藻是地球上最早出现的产氧光合生物,为叶绿体的演化祖先,是光合演化研究的“活化石”。相嵌于类囊体膜中的两大色素蛋白复合体—光系统I(PSI)与光系统II(PSII),是实现光能转化的关键分子机器,其生物发生机制一直是国际研究热点。相较于PSII而言,PSI由于组装过程极其迅速,其具体组装机制仍不清楚。

该研究以模式蓝藻—集胞藻PCC 6803为研究材料,通过反向遗传学思路,定点敲除12个未知功能的候选基因,最终筛选获得光合自养生长缺陷型ycf51突变株。ycf51基因敲除后PSII下游光合电子传递明显受阻,PSI与PSII的比例显著降低,PSI组成亚基在蛋白水平上明显降低,PSI三聚体显著减少,而转录本与野生型没有明显变化,这表明Ycf51在转录后水平调控PSI的积累。

蛋白互作分析表明,Ycf51可与PSI组装必需因子Ycf3,以及PSI亚基PsaC发生相互作用。Ycf51缺失后不影响PSI的稳定性,且Ycf3总蛋白含量并不受影响,但类囊体膜上黏附的Ycf3含量增多,这暗示Ycf51与Ycf3一起参与PSI组装。分离光合复合体并分析各组分中蛋白含量的变化,发现Ycf51参与PSI组装要晚于Ycf3的作用,且二者在复合体组分上有一定重叠。分子对接模拟表明,Ycf51可在不同区域与Ycf3及PsaC亚基互作。结合三者非稳定性结合的特征,推测Ycf3先参与PSI核心亚基的组装,然后与Ycf51互作,进而将PsaC亚基装配到PSI核心复合体的胞质侧。一旦Ycf51缺失,将直接影响PsaC亚基的组装,同时由于Ycf3过度富集于类囊体膜上,也降低了PSI核心亚基的组装效率,导致PSI蛋白水平整体下降。

生物信息学分析表明,Ycf51在所有蓝藻和真核灰胞藻中高度保守,但在光合细菌、真核藻类(红藻、绿藻等)以及有胚植物中并不存在,暗示Ycf51为一种演化上古老的PSI组装因子。拟南芥中存在一种能与Ycf3互作的PSI组装因子Y3IP1, 但该蛋白并不能回补蓝藻Ycf51缺失的表型,这表明蓝藻PSI组装具有一定的特殊性。Ycf51是迄今所报道的首个蓝藻特有的PSI组装因子,为光系统的演化形成机制研究提供了借鉴。

该研究历经九年时间完成,得到国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目与湖北洪山实验室项目资助。戴国政副教授为该论文第一作者,已毕业博士生宋炜钰、徐海锋副研究员为共同第一作者,屠渺、于晨等研究生、刘珂副教授和张铮博士参与该项研究,德国马普分子植物生理学研究所Ralph Bock教授对该工作有重要贡献,邱保胜教授为论文通讯作者,开云平台官网为第一完成单位。

附全文链接:https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koad330/7499161

(审读人:徐芬 谢波)

XML 地图 | Sitemap 地图