拟南芥Pyg7调控PSI生物发生的分子机理研究

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光系统Ⅰ(PSⅠ)是类囊体膜的基本组成部分,在光合细菌、藻类和植物的进化过程中高度保守。PSⅠ负责催化光合电子传递的最后步骤,即氧化囊腔侧质体蓝素和还原基质侧铁氧还蛋白。PSⅠ是自然界中已知的最大且最复杂的复合物之一,由负责光能捕获、电荷分离和电子传递的反应中心复合物和参与捕获光能和激发能量转移的捕光天线复合物两部分组成,含有18个蛋白亚基和200多个辅因子。PSⅠ是一种极其高效的太阳能转换装置,几乎每吸收一个光子就会产生一个电子,因此对PSⅠ的研究无疑具有重要的意义。  PSⅠ的组装过程复杂且迅速,需要在一系列调控因子的协同作用下才能完成。目前通过对PSⅠ亚基和组装因子突变体的研究,发现了一些参与PSⅠ组装的调控因子,完善了部分组装模型。但是关于PSⅠ组装的详细分子机理的报道还比较匮乏。另外,PSⅠ在正常条件下相对稳定,但在特定条件下PSⅠ也会受到抑制,有关PSⅠ稳定因子的报道还不多见。探究PSⅠ组装和稳定的详细分子机理,将有助于更好地理解PSⅠ的分子发生机理。  研究发现拟南芥Pale Yellow Green7(Pyg7)蛋白缺失严重影响体内PSⅠ的含量,表明Pyg7在PSⅠ生物发生方面发挥关键作用。为探究Pyg7在PSⅠ积累过程中的作用机理,本文对Pyg7的生化特性及pyg7突变体的功能进行了深入研究。pyg7突变体在土中不能自养生长,虽然能在MS培养基中进行异养生长,但是突变体仍生长缓慢,植株矮小,叶片呈淡黄色。波谱学分析表明PSⅠ活性严重受损;BN-PAGE和免疫印迹分析表明PSⅠ复合物积累明显降低。一方面,PSⅠ积累降低的可能原因是PSⅠ组装受到影响。运用体内[35S]Met蛋白标记追踪实验发现在突变体中PSⅠ组装受阻,停留在PsaAB异源二聚体阶段。蛋白生化实验表明了Pyg7位于类囊体膜基质侧。BiFC、酵母双杂交及Overlay实验证明Pyg7与PSⅠ亚基蛋白PsaC互作,表明Pyg7参与PSⅠ早期组装。PSⅠ积累降低的另一可能原因是PSⅠ稳定性下降。使用RNAi技术获取Pyg7含量降低的Pyg7RNAi转基因株系,并进行稳定性实验。研究发现高光处理过程中,随光照时间延长,Pyg7RNAi转基因株系的PSⅠ功能和野生型相比受损严重,表明Pyg7含量减少导致PSⅠ在高光光照条件下稳定性下降。  以上研究结果表明,Pyg7除可以作为稳定因子参与PSⅠ的积累外,还进化出了新的功能,即通过与PsaC互作参与PSⅠ的组装。这一结果为PSⅠ的生物发生机制提供了新的认识。
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