线粒体是真核生物进行有氧呼吸、合成ATP的重要细胞器。很多证据表明细胞骨架及其相关蛋白与线粒体相互作用,并参与其功能调节。近年来有报道显示,细胞骨架蛋白通过与电压依赖性阴离子通道蛋白(voltage-dependent anion channels, VDAC)相互作用调控线粒体呼吸以及外膜对ADP的通透性。然而在植物细胞中,类似的相互作用还鲜有报道。本实验室前期研究克隆得到的拟南芥动蛋白AtKP1是一种植物特有的微管马达蛋白。它依赖其C端长度为200 aa的多肽(C200)定位于线粒体,能特异与线粒体外膜阴离子通道蛋白AtVDAC3相互作用,并且在种子萌发冷适应过程中起负调节作用。深入研究AtKP1与AtVDAC3互作在线粒体功能中的作用,对深刻揭示植物线粒体在低温生长环境中的呼吸调节机制以及植物骨架相关蛋白与线粒体功能的关系具有重要的科学意义。为了深入研究AtKP1与AtVDAC3互作在线粒体功能中的作用,阐明二者互作对低温下种子萌发过程调节的线粒体机制,我们进一步探究了AtKP1和 AtVDAC3蛋白的互作对线粒体生理生化状态的作用。首先对种子萌发过程中有氧呼吸的测定表明AtKP1和 AtVDAC3参与调控4℃种子萌发时期的呼吸平衡。突变体atkp1及 atvdac3有氧呼吸增强,其中细胞色素途径呼吸明显增加,交替氧化酶途径呼吸明显降低。之后对线粒体能量代谢密切相关的两个指标——ATP合成及膜电位进行检测,发现AtKP1蛋白通过与AtVDAC3互作,引起线粒体ATP生成量降低,膜电位升高。以上实验结果证明AtKP1与AtVDAC3的互作对线粒体功能具有重要的调控作用。为了进一步探究AtKP1和AtVDAC3互作的具体机制,设计构建了一系列AtKP1 C端多肽片段,并检测了其对线粒体功能相关指标的作用。结果显示,各截短片段之间、以及截短片段与全长蛋白对线粒体的作用都不尽相同。C端50 aa多肽C1038-1087通过AtVDAC3引起线粒体ATP生成升高,膜电位降低；C988-1037与/UVDA C3结合但对线粒体功能没有明显影响；而C端60 aa多肽C1028-1087不与AtVDAC3结果。线粒体介导的细胞凋亡过程中一个重要标志是细胞色素C从线粒体内向胞质的释放。对线粒体呼吸过程中细胞色素C释放的检测发现,AtKP1可以通过与AtVDAC3互作影响线粒体细胞色素C的释放,抑制细胞凋亡过程。本研究证明拟南芥动蛋白AtKP1与线粒体外膜的电压依赖性阴离子通道蛋白AtVDAC3互作,调控ATP的生成,进而控制着细胞色素途径呼吸和交替氧化酶途径呼吸的平衡,并调控线粒体细胞色素C的释放,减轻细胞凋亡,从而提高种子在萌发过程中对低温胁迫的抗逆性。这些发现揭示了植物马达蛋白调控线粒体介导的能量代谢及细胞凋亡的机制,为阐明植物马达蛋白与线粒体功能的关系提供了新的科学证据。