论文部分内容阅读
光合色素(photosynthetic pigments)主要包括叶绿素a和b(chlorophyll a/b)以及类胡萝卜素(carotenoids),能广泛参与光能的吸收、传递和耗散等过程。在本文的实验中,发现一个具有四次重复CxxCxGxG结构域(domain)的DnaJ-like蛋白EDA3,在光合色素的代谢以及拟南芥的其他生长阶段有重要的调控作用。 已有文献报道EDA3(又名PSA2)基因编码一个定位在类囊体腔中的小蛋白,能够通过结合一个含有PsaG的复合体来调控光系统Ⅰ的组装。在本论文中,首先我们观察到eda3突变体叶色呈现出黄绿斑叶的表型,对各色素含量测定发现叶绿素a和b含量下降到野生型的37%和45%,各种类胡萝卜素如叶黄素(lutein)、β-胡萝卜素(β-carotene)、堇菜黄素(violaxanthin)和新黄素(neoxanthin)都下降至野生型的30%-40%。对叶绿素合成与降解及类胡萝卜素代谢途径中的关键酶定量检测,发现合成叶绿素的基因porA、porB和porC都明显下调,同时叶绿素降解途径中的CLH1和CLH2转录水平明显上调;类胡萝卜素合成过程中基因表达没有明显变化,但参与叶黄素循环(xanthophyll cycle)的VDE和ZEP基因表达量上调,这也与在色素中检测到玉米黄素(zeaxanthin)和花药黄素(antheraxanthin)的积累相一致。 随后我们利用透射电子显微镜观察叶绿体超薄切片,结果发现eda3叶绿体中类囊体发育不正常。经过更精细的蛋白定位证明EDA3主要存在于基质类囊体中,这一结果和之前报道的PPD1蛋白类似,验证了它对于基粒类囊体排列的作用。但在叶绿素荧光参数检测的结果中发现,EDA3含量缺乏也能引起光系统Ⅱ的变化。通过测定Fv/Fm、ΦPSII、ETR、NPQ等参数,证明eda3光系统Ⅱ的量子产量、光系统间电子传递以及光保护能力受到了严重损害。 有趣的是,EDA3不仅能影响植物的色素代谢,还能在胚胎发育阶段作用于雌配子体(female gametophyte)的发生。eda3的果荚短小且数量少,果荚中也常有败育种子出现,经解剖子房发现eda3有些胚珠停滞于胚囊(embryo sac)发育的二核期。荧光定量检测此时期各个细胞周期末期促进体/细胞周期体(anaphase-promoting complex/cyclosome) APC/C基因的转录水平,APC7和APC13明显下调。于拟南芥原生质体中瞬时表达EDA3-YFP融合蛋白,在细胞核中检测到强的YFP信号,证明EDA3具有质体和细胞核的双定位。因此推测,EDA3可能是在营养生长时于叶绿体中调控光合色素的代谢,而花期后定位到细胞核中通过调控下游的细胞周期因子影响胚胎发育过程。