光合作用作為地球生命活動的基礎(chǔ)過程，在能量轉(zhuǎn)換過程中不可避免地產(chǎn)生有害副產(chǎn)物即活性氧。這些活性氧破壞脂質(zhì)膜結(jié)構(gòu)，損傷膜整合蛋白尤其是光系統(tǒng)II核心蛋白，進(jìn)而影響光合作用效率和植物生產(chǎn)力。因此，在環(huán)境條件波動下，及時修復(fù)光系統(tǒng)II蛋白對維持光合系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)具有關(guān)鍵作用。
近日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員Chanhong Kim團(tuán)隊在《植物細(xì)胞》（The Plant Cell）上，發(fā)表了題為Temperature-driven changes in membrane fluidity differentially impact FILAMENTATION TEMPERATURE-SENSITIVE H2-mediated photosystem II repair的研究論文。該研究揭示了冷、熱脅迫下膜流動性變化對葉綠體蛋白穩(wěn)態(tài)機(jī)制的影響。
該研究闡明了低溫、高溫條件下均產(chǎn)生活性氧并導(dǎo)致PSII光損傷，但缺乏FtsH2蛋白酶的var2突變體在PSII修復(fù)過程中表現(xiàn)出對低溫敏感而對高溫不敏感的特性這一問題。研究揭示了膜流動性在不同溫度條件下對PSII修復(fù)過程的調(diào)控作用，并闡明了這一過程的熱力學(xué)特征。
該團(tuán)隊研究var2背景下分別表達(dá)底物提取缺陷和蛋白水解缺陷的FtsH2發(fā)現(xiàn)，冷脅迫條件下膜流動性下降，需要FtsH2與其他FtsH組分構(gòu)成的異源六聚體復(fù)合物增強(qiáng)底物提取能力而非蛋白酶降解能力。因此，過表達(dá)底物提取活性缺陷型FtsH2（FtsH2G267D）難以回補(bǔ)var2的冷敏感表型。相反，蛋白酶活性缺陷型FtsH2（FtsH2H488L）回補(bǔ)了var2的冷敏感表型。這提示，在冷脅迫下膜的流動性降低時，與FtsH2底物提取相關(guān)的AAA-ATPase活性具有重要作用。同時，在較高溫度下，由于膜的流動性升高，FtsH復(fù)合體中其他FtsH組分的AAA-ATPase活性可滿足底物提取。因此，var2在熱脅迫下與野生型具有類似的適應(yīng)能力。
上述研究在光系統(tǒng)II修復(fù)機(jī)制以及膜狀態(tài)對膜蛋白穩(wěn)態(tài)影響等方面取得了理論進(jìn)展。同時，這一成果為葉綠體功能和脅迫適應(yīng)研究開辟了新方向，深化了科學(xué)家對溫度脅迫影響植物生物學(xué)過程的認(rèn)識。
研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會和中國科學(xué)院的支持。
論文鏈接
不同溫度下膜的流動性變化對不同基因型的PSII修復(fù)影響的工作模型示意圖
本文鏈接：研究揭示冷/熱脅迫下膜流動性變化影響葉綠體蛋白穩(wěn)態(tài)新機(jī)制?http://m.lensthegame.com/show-12-709-0.html
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