東北地理所在菜豆PvFtsH2蛋白降解清除光損傷D1蛋白方面取得重要研究進(jìn)展
光是植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的重要信號(hào)，是光合作用的要素之一，但植物在強(qiáng)光下發(fā)生光抑制現(xiàn)象，主要為光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)中的D1蛋白受損、光合作用能力下降，同時(shí)，植物進(jìn)化出修復(fù)損傷D1蛋白的機(jī)制，其中FtsH蛋白酶主要功能是及時(shí)降解清除損傷的D1蛋白。雖然FtsH2基因在模式植物擬南芥中有所研究，但FtsH2基因在作物中的功能尚未明晰。
東北地理所夏正俊課題組在Horticulture Research上發(fā)表了題為A critical role of PvFtsH2 in the degradation of photodamaged D1 protein in common bean的研究論文。本研究以中國(guó)菜豆品種大龍1號(hào)為背景材料，在60Co輻射創(chuàng)制突變體材料中發(fā)現(xiàn)一幼苗致死的pvsl1突變體，該突變體出苗后在田間或高光強(qiáng)下2周內(nèi)死亡；在溫室中低光強(qiáng)下則表現(xiàn)為失綠表型，還可正常開(kāi)花結(jié)實(shí)。經(jīng)INDEL分子標(biāo)記將PvSL1候選基因定位在2號(hào)染色體53.7 kb區(qū)域內(nèi)，候選基因Phvul.002G190900的CDS區(qū)域在pvsl1突變體中發(fā)生了1 bp的缺失，導(dǎo)致蛋白翻譯提前終止。Phvul.002G190900基因（PvFtsH2）的表達(dá)量隨光強(qiáng)增強(qiáng)而上調(diào)，在pvsl1突變體中其表達(dá)量明顯下調(diào)。pvsl1突變體中PvFtsH2蛋白功能的喪失導(dǎo)致高光強(qiáng)下受損傷的D1蛋白不能被及時(shí)降解清除、造成PSⅡ的不可逆損害，使得光合作用能力下降、葉片細(xì)胞死亡，進(jìn)而引致植株整體死亡。在pvsl1突變體中PvFtsH5和PvFtsH8的表達(dá)量上調(diào)，暗示其他FtsH家族成員亦具有部分補(bǔ)償PvFtsH2降解清除光損傷D1蛋白的能力，使得pvsl1突變體在低光強(qiáng)下能夠完成營(yíng)養(yǎng)生殖生長(zhǎng)。該研究結(jié)果揭示了PvFtsH2蛋白對(duì)確保菜豆光合系統(tǒng)在強(qiáng)光下正常運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)揮著重要的功能。
圖１. 菜豆PvFtsH2蛋白在降解光損傷D1蛋白模型
東北地理所特別研究助理徐坤為該論文的第一作者，夏正俊研究員為該論文的通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
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