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光合作用为地球上的生物生存提供了能量来源,光合作用的进行离不开两个光系统之间的能量平衡。双光增色效应的存在表明光系统I(PSI)和光系统II(PSII)对光能的吸收有各自独特的波长范围,光系统I捕光天线复合体(LHCI)结合少量红移叶绿素(red chlorophylls,red Chls),将PSI的吸收范围拓展至远红光范围,提高植物对长波长光的利用程度,并且对PSI复合物能量传递过程影响程度大。高等植物豌豆PSI-LHCI复合物高分辨率结构确定了red Chls以叶绿素对(Chl a603-Chl a609)的形式存在,位于LHCI与核心复合物的界面上,并揭示了Chl a603、Chl a609的氨基酸配位情况。研究red Chls周围的蛋白环境对其能级的影响,对于阐明高等植物PSI-LHCI吸能传能和转能的机理具有重要意义。本文通过人为改变与红移叶绿素对作用的捕光天线复合体的氨基酸位点,研究红移现象的变化,对于阐明red Chls结构与功能的关系具有重要意义。本研究以拟南芥为实验材料,探讨了对于改变光系统I捕光天线复合体中两个叶绿素分子Chl a603、Chl a609的中心镁原子配位氨基酸后,对整个植株叶绿素吸收光谱的红移现象的变化情况进行分析,主要研究结果如下:1.拟南芥LHCI缺失纯合突变体的筛选鉴定首先对拟南芥种子进行种植并进行纯合植株的鉴定,从中成功筛选到了3种捕光天线缺失纯合突变体lhca1,lhca2,lhca3,在lhca1中LHCA1的缺失导致其他三个天线基因的表达均有所下降;在lhca2中LHCA2的缺失导致LHCA1的基因表达量明显上升;在lhca3中LHCA3的缺失导致LHCA2的基因表达量明显上升。77K荧光光谱的分析显示缺少某个天线复合体的植株在440 nm处的激发光谱不同于野生型,且都有一定程度的蓝移现象。突变体lhca1的蓝移不明显,突变体lhca2,lhca3蓝移幅度基本一致,与WT相比发生了较明显的蓝移。2.拟南芥LHCI红移叶绿素配位氨基酸位点的碱基编辑利用碱基编辑系统对4个拟南芥捕光天线红移叶绿素对a603和a609相配位的氨基酸位点进行改变,我们针对这4个LHCA设计了10个靶点,其中5个针对与叶绿素a603镁原子配位的氨基酸位点,5个针对叶绿素a609镁原子配位的氨基酸位点。以上10个靶点共得到187株T0代转基因阳性苗,由于碱基编辑的编辑效率不高及获得的阳性苗数量有限,测序结果显示,T0代转基因植株均未发现编辑。3.拟南芥LHCI红移叶绿素配位氨基酸位点的定点突变通过网站预测分析定向突变配位氨基酸后蛋白稳定性,根据分析结果每个天线选择4-5个候选的突变氨基酸。针对LHCA1基因,构建了4个定向突变的过表达载体,其中H90G、H90W、H90R、H90Y分别得到3株、3株、7株、10株转基因植株;针对LHCA2基因构建了5个定向突变的过表达载体,其中H97L、H97G、H97R、H97I、H97Y分别得到5株、3株、4株、3株、2株转基因植株;针对LHCA3基因构建了4个定向突变的过表达载体,其中N103G、N103C、N103H、N103M分别得到10株、12株、11株、10株转基因植株。以上转基因植株均经过PCR及Western Blot鉴定77K荧光光谱的测定结果表明转基因株系H90Y及H90R,与突变体lhca1,control(35S:LHCA1)及野生型相比,叶绿素吸收的长波长均发生了蓝移;转基因株系H90G,与突变体lhca1相比,其吸收波长发生了红移,而与control(35S:LHCA1)相比,其吸收波长未变化;LHCA2中配位氨基酸改变后,与野生型相比均发生蓝移,而与lhca2相比均发生了红移;与突变体lhca3,control及野生型相比,LHCA3中配位的氨基酸的突变使转基因株系叶绿素吸收波长均发生蓝移。以上结果表明红移叶绿素a603中心镁原子配位氨基酸的变化,会不同程度的影响叶绿素的吸收波长。