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科学家借助Hexagon-Imaging-PAM和Dual-PAM-100揭秘植物如何在波动光下保护细胞色素b6f复合体
日期:2024-03-26 18:59:11

在自然界中,植物必须适应不断变化的光照条件,以最大化光能的利用并减少过量光照造成的潜在损害。最近,一项由慕尼黑大学的研究人员领导的研究发现了一个新的机制,该机制通过PGR5抑制子筛选揭示了植物如何保护光合电子传递链中的细胞色素b6f复合体免受损害。这一发现不仅为我们理解植物如何适应光照波动提供了新的视角,也为未来的作物改良提供了潜在的遗传目标。

在最近的研究中,科学家们通过PGR5抑制子筛选,发现了一种独特的机制,该机制在植物适应波动光照中发挥着关键作用。PGR5(proton gradient regulation 5)是一种在光合作用中起作用的蛋白质,其缺失会导致植物在波动光照条件下光系统I(PSI)过度敏感,从而导致植物死亡。

研究团队通过筛选能够恢复pgr5突变体在波动光照下生存能力的抑制子突变,鉴定了一系列影响光合作用相关蛋白的突变。这些突变影响了12个不同的光合作用相关蛋白,包括一些对PSII(光系统II)功能至关重要的蛋白,以及对细胞色素b6f复合体组装和功能至关重要的蛋白。

特别值得注意的是,研究中发现的DEIP1/NTA1蛋白,之前被认为是细胞色素b6f复合体组装的一个因子,但在这项研究中显示出与PGR5功能的意想不到的相互作用。研究结果表明,DEIP1/NTA1在PGR5存在时对细胞色素b6f的积累起到保护作用,这表明PGR5可能对细胞色素b6f复合体有损害效应,而DEIP1/NTA1则保护该复合体免受这种效应的影响。

此外,研究还发现了PFSC1(PGR5抑制子带有改变的细胞色素b6f 1)蛋白,这是一种在早期发育阶段控制细胞色素b6f积累的新蛋白。PFSC1的功能独立于PGR5,且在所有光合生物中都存在,这表明它在光合作用中可能具有基本且保守的角色。

这项研究不仅为我们理解植物如何调节其光合作用来适应不断变化的光照条件提供了新的见解,而且也为开发能够更有效利用光能的作物品种提供了新的策略。通过操纵这些新发现的蛋白,科学家们可能能够培育出更能适应光照波动、更能抵抗光抑制的作物,从而提高作物的产量和抗逆性。

随着全球气候变化和环境压力的增加,这项研究的发现对于未来农业生产具有重要意义。通过深入了解植物光合作用的调控机制,我们可以更好地应对环境挑战,确保食品安全和可持续农业发展。

研究中使用了Dual-PAM-100Hexagon-Imaging-PAM

图124032602.jpg

缺乏DEIP1/NTA1和PGR5的幼苗中Cyt b6f蛋白积累与光合作用
(A)在MS板上长时间培养4 d的WT (Col-5)、单(pgr5)和双(pgr5 deip1- cas# 1和pgr5 deip1- cas# 2)突变体植株。下面是假彩色图像,根据面板底部的色阶显示了每条植株线的Fv/Fm值。对于每条线,显示值(n=3)±标准差(SD)的平均值。(B)从(A)中的幼苗中分离出等量的叶片总蛋白(调整为等于新鲜重量),在还原条件下通过SDS-PAGE分离,转移到PVDF膜上,并用PetA-,PetB-或petc特异性抗体进行免疫修饰。考马斯亮蓝(c.b.b)染色作为上样对照。给出了三个实验的代表性印迹,以及波段定量(n=3)相对于pgr5(100%)±SD的平均值。(C)在100 μmol m−2 s−1的光化光作用下,使用HEXAGON-IMAGING-PAM荧光成像系统对(A)中暗适应幼苗的诱导恢复曲线(如上图白色和黑色条所示)的PSII量子产率(Y(II))和非光化学猝灭(NPQ)。显示至少3次重复的平均值±SD。

—— 原文 ——

Penzler J F, Naranjo B, Walz S, et alA pgr5 suppressor screen uncovers a distinct mechanism safeguarding the cytochrome b 6 f complex from damage through PGR5[J]. bioRxiv, 2023: 2023.11. 28.569138.


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