本文我們將回顧一下5月份德國WALZ調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x和光合儀參與發(fā)表的13篇高分文章，其中Nature (IF.64.8) 1篇，Nature Plants (IF. 18) 1篇，ACS Nano (IF. 17.1)1篇，Nature Communications (IF. 16.6) 2篇, Journal of the American Chemical Society (IF. 15.0)1篇， The Plant Cell (IF. 11.6) 2篇，New Phytologist (IF. 9.4) 3篇, Plant Physiology(IF. 7.4) 1篇, The Plant Journal(IF. 7.2) 1篇。德國WALZ制造的PAM調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x在光合作用研究領(lǐng)域遙遙領(lǐng)先~

5月6日，New Phytologist雜志在線發(fā)表芬蘭圖爾庫大學(xué)與西班牙塞維利亞大學(xué)聯(lián)合署名標(biāo)題為 Glycogen synthesis prevents metabolic imbalance and disruption of photosynthetic electron transport from photosystem II during transition to photomixotrophy in Synechocystis sp. PCC 6803 的研究論文。文章旨在探討糖原在光自養(yǎng)生長向光混合營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)換過程中的生理和代謝作用，以及糖原合成對光合作用電子傳遞鏈的影響。
 

在本研究中，科研人員分析了添加葡萄糖對 Synechocystis sp. PCC 6803和缺乏磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)氨酶和ADP-葡萄糖焦磷酸酶的突變體的生理、代謝和光合作用狀態(tài)的影響，這些突變體的糖原合成受到限制。

研究發(fā)現(xiàn)糖原起著代謝緩沖器的作用。在野生型(WT)中，添加葡萄糖會增加生長和糖原儲備，但在糖原合成突變體中，生長會停止。添加葡萄糖30分鐘后，糖原合成突變體中卡爾文-本森-巴薩姆循環(huán)和氧化磷酸戊糖分流的代謝物比 WT增加了三倍。這些變化極大地影響了糖原合成突變體的光合作用性能，因?yàn)檠鯕膺M(jìn)化和二氧化碳吸收都受到了影響。
 

基于上述研究得出以下結(jié)論，糖原合成在向光合作用轉(zhuǎn)變的過程中至關(guān)重要，可避免代謝失衡導(dǎo)致PSII電子傳遞受抑制，進(jìn)而導(dǎo)致活性氧積累、PSII核心蛋白缺失和細(xì)胞死亡。本研究通過了解光合電子傳遞與新陳代謝之間的相互協(xié)調(diào)，為優(yōu)化基于光互補(bǔ)的生物技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
 

在本研究中，葉綠素?zé)晒饧?/span>NADPH熒光測量由雙通道熒光儀DUAL-PAM-100組合NADPH/9-AA模塊完成；PC，P700，Fd的氧化還原變化通過四通道動(dòng)態(tài)LED陣列近紅外光譜儀DUAL-KLAS-NIR完成。

同一天，New Phytologist雜志還在線刊登了國際竹藤中心高志民團(tuán)隊(duì)題為 A bamboo ‘PeSAPK4-PeMYB99-PeTIP4-3’regulatory model involved in water transport 的研究論文，揭示了竹子‘SAPK4-MYB99-TIP4-3’調(diào)控模型與水份運(yùn)輸?shù)年P(guān)系。
 

水分在竹子的快速生長和滲透脅迫中起著至關(guān)重要的作用。然而，水分傳輸?shù)姆肿訖C(jī)制仍不清楚。在本研究中，通過對竹根壓和轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析，鑒定了一個(gè)水通道蛋白基因PeTIP4-3。PeTIP4-3在芽中高表達(dá)，尤其是在維管束鞘細(xì)胞中高表達(dá)。過表達(dá)PeTIP4-3可以提高轉(zhuǎn)基因酵母和水稻的耐旱性和耐鹽性。

通過WGCNA揭示了PeSAPK4、PeMYB99和PeTIP4-3的共表達(dá)模式。PeMYB99表現(xiàn)出獨(dú)立結(jié)合和激活PeTIP4-3的能力，這增強(qiáng)了對干旱和鹽脅迫的耐受性。PeSAPK4可以在體內(nèi)和體外與PeMYB99相互作用并磷酸化，其中它們協(xié)同加速PeTIP4-3的轉(zhuǎn)錄。PeMYB99和PeSAPK4的過表達(dá)也賦予轉(zhuǎn)基因水稻耐旱性和耐鹽性。

進(jìn)一步的ABA處理分析表明，PeSAPK4通過ABA信號增強(qiáng)了水分轉(zhuǎn)運(yùn)，以應(yīng)對脅迫�？傊�，本研究提出了一種由ABA介導(dǎo)的PeSAPK4-PeMYB99-PeTIP4-3級聯(lián)反應(yīng)，該級聯(lián)反應(yīng)控制著竹子的水分傳輸。

在本研究中，葉綠素?zé)晒鉁y量由雙通道熒光儀DUAL-PAM-100完成。

5月9日，The Plant Cell雜志在線發(fā)表德國柏林洪堡大學(xué)Christian Schmitz-Linneweber實(shí)驗(yàn)室標(biāo)題為A prion-like domain is required for phase separation and chloroplast RNA processing during cold acclimation in Arabidopsis。相關(guān)研究結(jié)果表明，植物葉綠體基因表達(dá)在低溫條件下通過CP29A的誘導(dǎo)凝結(jié)而分區(qū)，這一機(jī)制可能在植物抗寒性中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

本篇文章研究了擬南芥中RNA結(jié)合蛋白CP29A的作用及其在寒冷適應(yīng)過程中參與葉綠體 RNA 處理的情況。研究發(fā)現(xiàn)CP29A介導(dǎo)的的相分離作用，CP29A會發(fā)生溫度依賴性相分離，在體外和體內(nèi)都會形成液態(tài)液滴。這一過程由CP29A中的朊病毒樣結(jié)構(gòu)域(PLD)介導(dǎo)。上述生理過程在冷適應(yīng)中的作用，相分離和液滴形成對于葉綠體RNA在低溫下的剪接和翻譯至關(guān)重要。液滴在葉綠體核仁附近形成，有利于葉綠體基因表達(dá)的區(qū)隔，從而支持植物的抗寒性。對PLD的依賴研究表明，朊病毒樣結(jié)構(gòu)域?qū)?/span> CP29A 的相分離至關(guān)重要。缺失 PLD 會破壞液滴的形成，并損害蛋白質(zhì)在寒冷條件下的功能。該研究闡明了 CP29A 協(xié)助葉綠體 RNA 處理的分子機(jī)制，包括其形成相分離液滴的能力，這種液滴集中了冷脅迫下高效 RNA 代謝所需的特定因子。
 

總之，文章證明了 CP29A 通過其朊病毒樣結(jié)構(gòu)域進(jìn)行相分離的能力對擬南芥葉綠體 RNA 處理和冷適應(yīng)至關(guān)重要。本研究中光合作用相關(guān)的葉綠素?zé)晒馔ㄟ^IMAGING-PAM監(jiān)測完成。

自噬是包括微藻在內(nèi)的真核生物高度保守的核心降解途徑，但其在極端微生物中尚未被探索。5月10日，New Phytologist雜志在線刊登了西班牙塞維利亞大學(xué) José L. Crespon 和 María Esther Pérez-Pérez 課題組題為 Lipid turnover through lipophagy in the newly identified extremophilic green microalga Chlamydomonas urium 的研究論文。論文描述并表征了新鑒定的極端微生物性綠藻Chlamydomonas urium中的自噬，該綠藻是從酸性環(huán)境中分離出來的。

為了鑒定自噬相關(guān)基因，對C. urium的核基因組進(jìn)行了測序、組裝和注釋并對該微藻進(jìn)行透射電鏡、免疫印跡、代謝組學(xué)和光合分析等實(shí)驗(yàn)研究。對C. urium基因組的分析揭示了核心自噬相關(guān)基因的保守性。同時(shí)利用液泡ATP酶抑制劑(Concanamycin A)阻斷自噬流，研究了自噬在C. urium中的作用。結(jié)果表明，在這種微藻中抑制自噬流會導(dǎo)致三酰甘油和脂滴(LDs)的顯著積累。代謝組學(xué)和光合分析表明，液泡功能受損的C. urium細(xì)胞仍然保持活躍的代謝。這種效應(yīng)在嗜中性微藻Chlamydomonas reinhardtii中沒有觀察到。通過抑制C. urium自噬通量，揭示了利用脂噬(脂質(zhì)轉(zhuǎn)換的選擇性自噬途徑)對LDs進(jìn)行主動(dòng)循環(huán)。該研究為嗜極藻類能夠在液泡中分解脂質(zhì)提供了代謝基礎(chǔ)。

本研究中，極端微生物性綠藻Chlamydomonas urium光系統(tǒng)II最大光化學(xué)效率Fv/Fm，電子傳遞速率rETR和光系統(tǒng)I的最大氧化還原量Pm通過雙通道葉綠素?zé)晒鈨xDUAL-PAM-100完成。

動(dòng)物再生涉及整個(gè)動(dòng)物體內(nèi)不同細(xì)胞類型的協(xié)調(diào)反應(yīng)。在內(nèi)共生動(dòng)物中，共生體是否以及如何對宿主損傷做出反應(yīng)，以及細(xì)胞反應(yīng)如何跨物種整合仍未探索。5月13日，Nature Communications雜志在線發(fā)表美國舊金山大學(xué)和斯坦福大學(xué)聯(lián)合署名的題為 Coordinated wound responses in a regenerative animal-algal holobiont 的研究論文。文章研究了一種名為 Convolutriloba longifissura 的無腔目的海洋扁蟲與其內(nèi)共生藻類在全身再生過程中的分子整合。

研究人員利用測序技術(shù)和功能基因組分析證明，無腔目的海洋扁蟲及其共生藻都對宿主損傷表現(xiàn)出不同的同步轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。主要發(fā)現(xiàn)包括兩波轉(zhuǎn)錄反應(yīng)，在再生過程中，海洋扁蟲和共生藻都表現(xiàn)出兩波不同的轉(zhuǎn)錄活動(dòng)，表明它們對損傷做出了緊密耦合的反應(yīng)。光合效率和基因表達(dá)方面，宿主受傷后，藻類光合效率明顯下降，光合電子傳遞鏈相關(guān)基因上調(diào)。這表明藻類的反應(yīng)與宿主的再生過程密切相關(guān)。研究Cl-runt 轉(zhuǎn)錄因子的作用發(fā)現(xiàn)，Cl-runt 轉(zhuǎn)錄因子是海洋扁蟲再生的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。Cl-runt轉(zhuǎn)錄因子的敲除阻礙了再生過程，突出了它在整合宿主和藻類反應(yīng)的分子網(wǎng)絡(luò)中的重要作用。光脅迫反應(yīng)的差異研究表明藻類對損傷的分子反應(yīng)與光脅迫誘導(dǎo)的反應(yīng)有很大不同。損傷導(dǎo)致光合作用相關(guān)基因的上調(diào)，這與強(qiáng)光脅迫下觀察到的下調(diào)形成鮮明對比，表明了一種獨(dú)特的損傷特異性反應(yīng)機(jī)制。

總之，這項(xiàng)研究深入揭示了宿主損傷和再生過程如何與內(nèi)共生藻類的生理和轉(zhuǎn)錄反應(yīng)錯(cuò)綜復(fù)雜地聯(lián)系在一起，并提出這種整合對于全生物體作為一個(gè)統(tǒng)一的生物實(shí)體發(fā)揮功能至關(guān)重要。本研究中，海洋扁蟲及其共生藻的光合活性及光脅迫差異評估通過雙通道葉綠素?zé)晒鈨xDUAL-PAM-100完成

2024年5月15日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊Nature在線發(fā)表署名單位為德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)標(biāo)題為The temperature sensor TWA1 is required for thermotolerance in Arabidopsis的Article論文。文章發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了一種感應(yīng)溫度的轉(zhuǎn)錄輔助調(diào)節(jié)因子TWA1。TWA1在高溫下可以發(fā)生構(gòu)象改變并在細(xì)胞中積累，調(diào)控?zé)嵝菘宿D(zhuǎn)錄因子A2(HSFA2)和熱休克蛋白的轉(zhuǎn)錄。TWA1是擬南芥基礎(chǔ)耐熱性和馴化耐熱性所必需的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。TWA1作為一種植物溫度傳感器，它的發(fā)現(xiàn)和鑒定為通過育種和生物技術(shù)調(diào)整作物的熱馴化反應(yīng)提供了分子工具，并為熱遺傳學(xué)提供了靈敏的溫度開關(guān)。

文章首先研究了ABA在植物熱耐受性中的作用，發(fā)現(xiàn)ABA受體的異位表達(dá)或ABA共受體的缺失會導(dǎo)致ABA超敏感性。ABA超敏感和不敏感的擬南芥品系相比野生型更易受熱應(yīng)激。ABA在熱應(yīng)激中起雙重作用，初期有助于熱耐受，但可能妨礙適應(yīng)過程。研究還鑒定了一個(gè)新的基因位點(diǎn)TWA1，它與ABA信號傳導(dǎo)有關(guān)，影響植物的熱耐受性。TWA1編碼一個(gè)內(nèi)在無序蛋白，可能涉及ABA響應(yīng)的溫度感應(yīng)，功能喪失會增加植物對熱的敏感性。研究發(fā)現(xiàn)TWA1在ABA超敏感的報(bào)告基因表達(dá)中起調(diào)控作用，在原生質(zhì)體中劑量依賴性地下調(diào)ABA響應(yīng)型報(bào)告基因，不依賴外源ABA且隨溫度升高而增強(qiáng)。TWA1在單子葉和雙子葉植物中有同源物，功能保守但具有不同的溫度依賴性。TWA1的氨基末端區(qū)域HVR可能對溫度感應(yīng)起關(guān)鍵作用，通過EAR基序發(fā)揮作用。

TWA1賦予擬南芥植株耐熱性，與TPL/TPR和JAM蛋白的功能性相互作用影響植物的獲得性熱耐受性。特定突變體表現(xiàn)出熱耐受性下降，異位表達(dá)TWA1顯著提高轉(zhuǎn)錄水平，增強(qiáng)了植物的獲得性和基礎(chǔ)熱耐受性。TWA1表達(dá)帶來的熱耐受性依賴于JAM蛋白，其熱激活涉及結(jié)構(gòu)域重排，影響其與JAM2和抑制蛋白的結(jié)合，對熱激反應(yīng)至關(guān)重要。此外，TWA1可能通過預(yù)先誘導(dǎo)的HSR提高熱耐受性，作為植物中獨(dú)特的溫度感應(yīng)器，調(diào)控?zé)峒し磻?yīng)和植物對熱應(yīng)激的適應(yīng)。整合不同的信號傳導(dǎo)途徑，以協(xié)調(diào)植物對多種環(huán)境壓力的響應(yīng)。本研究發(fā)現(xiàn)的TWA1及其同源蛋白為農(nóng)業(yè)生物技術(shù)提供了調(diào)整作物適應(yīng)性以應(yīng)對氣候變化的新工具。

 

研究中光合氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒獬上穹謩e由德國WALZ的便攜式光合儀GFS-3000和MAXI版IMAGING-PAM葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)完成。

增加分配給質(zhì)體的細(xì)胞空間將提高作物植株的質(zhì)量和產(chǎn)量。然而，人們對為質(zhì)體分配細(xì)胞空間的機(jī)制仍然知之甚少。5月15日，Plant Physiology雜志在線發(fā)表華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林業(yè)學(xué)院園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Robert M Larkin課題組題為REDUCED CHLOROPLAST COVERAGE proteins are required for plastid proliferation and carotenoid accumulation in tomato 的研究論文。文章研究了 REDUCED CHLOROPLAST COVERAGE (SlREC) 基因家族在番茄植物中的作用。調(diào)查了細(xì)胞空間如何分配給質(zhì)體，這對提高作物植株的質(zhì)量和產(chǎn)量至關(guān)重要。

研究人員敲除了番茄中SlREC基因家族的四個(gè)成員，并觀察了其效果。突變體(slrec)的葉片和果實(shí)中葉綠素含量減少，花和果實(shí)中類胡蘿卜素含量降低，分配給質(zhì)體的細(xì)胞空間減少。slrec突變體的質(zhì)體發(fā)育異常，果實(shí)成熟延遲，乙烯和脫落酸(ABA)水平異常，而乙烯和脫落酸對果實(shí)成熟非常重要。代謝組和轉(zhuǎn)錄組分析表明，SlREC 基因會顯著影響質(zhì)體相關(guān)基因的表達(dá)、初級和特化代謝以及生物脅迫反應(yīng)。此外，研究結(jié)果還表明，REC蛋白有助于為不同物種和細(xì)胞類型的質(zhì)體分配細(xì)胞空間，在不同植物器官中葉綠素和類胡蘿卜素的高水平積累中發(fā)揮著重要作用。它們還通過與ABA生物合成的復(fù)雜相互作用影響果實(shí)成熟。

總之，這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了SlREC蛋白在番茄植物質(zhì)體增殖、類胡蘿卜素積累和果實(shí)發(fā)育中的關(guān)鍵功能。本研究中，番茄植株光合作用相關(guān)的葉綠素?zé)晒鈪��?shù)PSII最大光化學(xué)效率Fv/Fm，非光化學(xué)淬滅NPQ的測量通過葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)MAXI-IMAGING-PAM完成。

在不斷變化的環(huán)境中有效收集光的能力對于確保有效的光合作用和作物生長是必要的。一種稱為qE的機(jī)制保護(hù)光系統(tǒng)II(PSII)，并通過無害地將過量吸收的光子作為熱量消散來調(diào)節(jié)電子轉(zhuǎn)移。該過程涉及類囊體膜中PSII(LHCII)的主要光捕獲復(fù)合物的可逆聚集，并依賴于ΔpH梯度和變構(gòu)調(diào)節(jié)蛋白PsbS。迄今為止，PsbS在qE機(jī)制中的確切作用仍然難以捉摸。5月17日，Journal of the American Chemical Society雜志在線發(fā)表了倫敦瑪麗女王大學(xué) Alexander V. Ruban 課題組題為 Hydrophobic Mismatch in the Thylakoid Membrane Regulates Photosynthetic Light Harvesting 的研究文章，文章研究表明了PsbS 通過LHCII周圍脂質(zhì)的動(dòng)態(tài)重排導(dǎo)致觀察到的膜變薄來誘導(dǎo)類囊體膜中的疏水錯(cuò)配。

該論文探討了被稱為能量依賴性淬滅(qE)的機(jī)制，這是植物的一種保護(hù)性反應(yīng)，它將吸收的過量光能轉(zhuǎn)化為熱能，以保護(hù)光系統(tǒng)II(PSII)不受損害。qE涉及主要采光復(fù)合物(LHCII)在類囊體膜上的可逆聚類，并取決于類囊體膜上的pH梯度和異位調(diào)節(jié)蛋白PsbS。

研究表明，PsbS可通過動(dòng)態(tài)地重新排列LHCII周圍的脂質(zhì)來誘導(dǎo)類囊體膜的疏水錯(cuò)配，從而導(dǎo)致膜變薄。在光照下，類囊體膜從大約4.3nm縮小到3.2nm。這種反應(yīng)取決于PsbS 的存在；沒有PsbS，就不會發(fā)生膜變薄。脂質(zhì)雙半乳糖甘油二酯(DGDG)會被LHCII-PsbS 復(fù)合物排斥，從而促進(jìn)構(gòu)象變化和LHCII在膜中的聚集。這種脂質(zhì)重排是由LHCII內(nèi)腔殘基pKa 和偶極矩的變化驅(qū)動(dòng)的。疏水錯(cuò)配被認(rèn)為是膜蛋白功能的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因素，它通過最大限度地減少膜疏水高度變化引起的能量動(dòng)蕩，影響LHCII過渡到光保護(hù)狀態(tài)。在這些相互作用的推動(dòng)下，形成了類囊體膜中的光保護(hù)納米域。

該研究利用高壓冷凍和透射電子顯微鏡(TEM)觀察類囊體膜結(jié)構(gòu)，并測量不同光照條件下膜厚度的變化。結(jié)果表明，光誘導(dǎo)的薄層膜變薄與qE反應(yīng)密切相關(guān)，并且在PsbS基因敲除突變體中被消除。研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了膜動(dòng)力學(xué)和蛋白質(zhì)-脂質(zhì)相互作用在調(diào)節(jié)光合作用采光中的重要性。了解這些機(jī)制可有助于深入了解植物如何優(yōu)化光利用效率并保護(hù)自身免受光損傷，從而在改善作物生長和抗逆性方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

總之，本文證明了由PsbS介導(dǎo)的類囊體膜疏水錯(cuò)配在通過qE機(jī)制調(diào)節(jié)光合作用光收集方面起著至關(guān)重要的作用。這涉及動(dòng)態(tài)脂質(zhì)重新排列和膜變薄，從而促進(jìn)光保護(hù)納米域的形成，從而優(yōu)化光合作用并保護(hù)PSII免受光誘導(dǎo)損傷。本研究中，光合作用相關(guān)的葉綠素?zé)晒饴�速�?dòng)力學(xué)曲線和暗弛豫測量通過DUAL-PAM-100完成。

熱脅迫是限制作物生產(chǎn)力的一個(gè)重要因素，熱浪(HWs)加劇了微塑料引起的水稻產(chǎn)量損失。CeO₂納米顆粒(NPs)在特定條件下改善活性氧（ROS）水平并促進(jìn)植物生長。然而，HWs是否改變CeO₂納米顆粒對作物生產(chǎn)的影響尚不清楚。5月23日，南開大學(xué)的胡獻(xiàn)剛教授課題組在ACS Nano雜志上上在線發(fā)表了題為 Heat Waves Coupled with Nanoparticles Induce Yield and Nutritional Losses in Rice by Regulating Stomatal Closure 的研究論文。

研究表明在HWs條件下，CeO₂ NPs分別使谷粒重量和小穗數(shù)大幅減少，然而CeO₂NPs或HWs單獨(dú)處理對谷粒重量和小穗數(shù)都沒有顯著影響。此外，在HWs影響下，CeO₂NPs使水稻中的白蛋白、球蛋白、谷蛋白和總可溶性蛋白的含量分別降低。為了闡明HWs下CeO₂NPs誘導(dǎo)水稻產(chǎn)量下降的潛在機(jī)制，全面研究了CeO₂NPs對水稻氣孔和氣體交換過程的影響。FITC標(biāo)記的CeO₂NPs在葉片氣孔內(nèi)積累明顯。在HWs條件下，CeO₂NPs 增加了ABA含量，使氣孔導(dǎo)度降低67.6%。氣孔導(dǎo)度的降低導(dǎo)致細(xì)胞間CO₂水平、蒸騰速率和凈光合速率分別降低，從而導(dǎo)致水稻產(chǎn)量明顯下降。與HWs或CeO₂NPs單獨(dú)處理相比，HW+ CeO₂NPs處理顯著增加了ROS積累與氣孔關(guān)閉。與HWs組相比，HW + CeO₂NPs分別降低Y(II)、ETR和Fv/Fm，表明CeO₂NPs對HWs條件下的PSII產(chǎn)生了不利影響。根據(jù)葉綠體TEM圖可以看出，HW + CeO₂NPs組中的葉綠體顯示出大比例未堆疊或松散的基粒和無序的片層，這也是PSII受到抑制的一個(gè)原因。

相關(guān)結(jié)論，與單獨(dú)使用CeO₂ NPs或HWs處理相比，CeO₂NPs與HWs結(jié)合處理可顯著降低水稻中必需氨基酸、蛋白質(zhì)含量和粒重。其分子機(jī)制涉及ABA-ROS介導(dǎo)的氣孔關(guān)閉途徑的激活。該研究中樣品光合作用相關(guān)的葉綠素?zé)晒鈪��?shù)Fv/Fm, Y(II), ETR均通過PAM完成。

光合微藻固碳占全球總固碳量的50%以上，是生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要組成部分。微藻的生長需要陽光，然而過量的光照會帶來致命的光損傷。LHCSRs蛋白是綠藻的光保護(hù)蛋白，在強(qiáng)光下，該蛋白響應(yīng)類囊體腔的酸化并激活光系統(tǒng)II超復(fù)合體的能量淬滅(qE)，從而保護(hù)光合蛋白免受光損傷。qE機(jī)制對微藻的生存至關(guān)重要，是多年來光合作用研究的熱點(diǎn)之一，但其中的光物理機(jī)制尚不清楚。5月24日，Nature Communications雜志在線發(fā)表了中國科學(xué)院植物研究所田利金研究員課題組的最新研究論文 Ultrafast energy quenching mechanism of LHCSR3-dependent photoprotection in Chlamydomonas 。該研究創(chuàng)新性地制備了既保留能量淬滅功能又具有低散射效應(yīng)的萊茵衣藻微型細(xì)胞碎片樣品，獲得了高信噪比的飛秒瞬態(tài)吸收數(shù)據(jù)，在揭示依賴LHCSR3蛋白的超快能量淬滅機(jī)制方面取得了新進(jìn)展。

研究人員利用LHCSR3蛋白正常表達(dá)和缺失的萊茵衣藻細(xì)胞開展對比研究，在酸性pH條件下，含有光保護(hù)蛋白的細(xì)胞碎片樣品具有較強(qiáng)的能量淬滅活性，而缺少此蛋白的樣品不具有此淬滅能力。通過進(jìn)一步對超快光譜學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，科研人員成功揭示了LHCSR3蛋白調(diào)控的能量淬滅過程是通過從葉綠素a Q_y態(tài)到類胡蘿卜素(葉黃素1)S1態(tài)的超快能量轉(zhuǎn)移途徑實(shí)現(xiàn)的，并且這一過程發(fā)生在極快的時(shí)間尺度(<10皮秒)，即千億分之一秒內(nèi)，確保了對光系統(tǒng)II光反應(yīng)快速運(yùn)轉(zhuǎn)過程進(jìn)行高效的光保護(hù)。

該研究提出了一種制備具有能量猝滅活性且低散射的類囊體膜樣品的方法，成功捕捉了發(fā)生在超快時(shí)間尺度的微弱的激發(fā)能轉(zhuǎn)移信號，并揭示了其能量耗散過程，證明了qE的能量耗散途徑從綠藻到陸生植物具有進(jìn)化保守性，對理解自然界植物中普遍存在的光保護(hù)物理分子機(jī)制具有重要意義。本研究中能量依賴性淬滅(qE)的光誘導(dǎo)和暗弛豫通過雙通道葉綠素?zé)晒鈨xDUAL-PAM-100測量完成。

提高光合作用效率是提高作物產(chǎn)量的一種有前途的策略，保持PSII的穩(wěn)定狀態(tài)是決定光合作用性能的關(guān)鍵。然而，PSII在放氧光合生物中維持穩(wěn)定性的機(jī)制仍有待探索。5月26日，The Plant Journal雜志在線發(fā)表中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所劉軍研究員課題組題為 Psb28 protein is indispensable for stable accumulation of PSII core complexes in Arabidopsis 的研究論文。文章報(bào)道了 Psb28 蛋白在不同光照條件下調(diào)節(jié)擬南芥PSII的穩(wěn)態(tài)，證明了Psb28蛋白對于擬南芥中PSII核心復(fù)合物的穩(wěn)定積累是必不可少的。

研究發(fā)現(xiàn)psb28突變體在正常生長光照下比野生型植物小得多，這是由于其PSII活性顯著降低。在弱光下也觀察到類似的缺陷，在光抑制光下變得更加明顯。值得注意的是，PSII核心復(fù)合物和核心亞基的數(shù)量在psb28中特異性減少，而光合復(fù)合物中其他代表性成分的豐度基本保持不變。雖然psb28在高光照下PSII活性嚴(yán)重降低，但其光失活恢復(fù)不受影響。相比之下，在林可霉素存在下，PSII核心蛋白亞基的降解顯著加速。這些結(jié)果表明，psb28在PSII的光保護(hù)中是有缺陷的，這與psb28的整體NPQ比野生型低得多的觀察結(jié)果一致。此外，Psb28 蛋白與PSII核心復(fù)合物相關(guān)，主要與PSII核心的CP47亞基相互作用。綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)揭示了Psb28在保護(hù)和穩(wěn)定PSII核心以應(yīng)對光環(huán)境變化方面的重要作用。

本研究中擬南芥光合作用相關(guān)的葉綠素?zé)晒饴�速�?dòng)力學(xué)和暗弛豫通便攜式葉綠素?zé)晒鈨xPAM-2500和葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)MAXI-IMAGING-PAM完成。

大多數(shù)植物和藻類的葉綠體基因組包含一個(gè)大的反向重復(fù)(IR) 區(qū)域，該區(qū)域?qū)�兩個(gè)單拷貝區(qū)域分開并包含核糖體RNA 操縱子。5月27日，國際著名植物學(xué)期刊Nature Plants在線發(fā)表了德國馬克斯-普朗克研究所Ralph Bock實(shí)驗(yàn)室標(biāo)題為 Removal of the large inverted repeat from the plastid genome reveals gene dosage effects and leads to increased genome copy number 的研究論文。文章通過從煙草質(zhì)體基因組中去除25.3 kb IR的整個(gè)拷貝來解決IR區(qū)域的功能重要性。利用質(zhì)體轉(zhuǎn)化和隨后的選擇性標(biāo)記基因消除，研究人員精確地切除了IR，從而產(chǎn)生了質(zhì)體基因組體量大大減小的植物。

進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，IR的缺乏導(dǎo)致質(zhì)體核糖體數(shù)量輕度減少，這表明核糖體RNA操縱子的重復(fù)存在對基因劑量有益。此外，IR缺失植物含有更多的質(zhì)體基因組，這表明基因組拷貝數(shù)是通過測量質(zhì)體DNA總含量而不是通過計(jì)算基因組來調(diào)節(jié)的�？傊�，相關(guān)的研究結(jié)果(1)證明IR可以增強(qiáng)質(zhì)體的翻譯能力; (2)揭示基因組大小和基因組拷貝數(shù)之間的關(guān)系，以及(3)提供簡化的質(zhì)體基因組結(jié)構(gòu)，這將促進(jìn)未來的合成生物學(xué)應(yīng)用。

在本研究中，研究人員使用雙通道葉綠素?zé)晒鈨xDUAL-PAM-100測量了煙草的光響應(yīng)曲線，評估了電子傳遞速率ETR，非光化學(xué)淬滅NPQ，非調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)率Y(NO)以及由于缺乏電子供體而關(guān)閉的光系統(tǒng)I反應(yīng)中心的百分比Y(ND)。

病毒誘導(dǎo)的耐旱性是植物中生物-非生物相互作用研究中的一個(gè)迷人領(lǐng)域，但其分子復(fù)雜性仍不清楚。5月27日，中國計(jì)量大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院徐沛研究員課題組在國際植物學(xué)頂級期刊The Plant Cell雜志發(fā)表了題為 A viral small interfering RNA-host plant mRNA pathway modulates virus-induced drought tolerance by enhancing autophagy 的研究論文，文章闡明了病毒誘導(dǎo)的干旱耐受性(virus-induced drought tolerance, VDT)的重要分子機(jī)理。

該研究以菜豆(Phaseolus vulgaris)為對象，發(fā)現(xiàn)當(dāng)菜豆植株被一種常見的豆科植物病毒—豇豆輕斑駁病毒(CPMMV)侵染后，在干旱和滲透脅迫下表現(xiàn)出更佳的生長狀態(tài)，即產(chǎn)生了病毒誘導(dǎo)的干旱耐受性表型。進(jìn)一步分析表明病毒誘導(dǎo)的干旱耐受性的發(fā)生部分依賴于細(xì)胞自噬，而菜豆自噬核心相關(guān)基因PvATG8c與病毒誘導(dǎo)的干旱耐受性密切相關(guān)。一條長21 bp的病毒來源小干擾RNA(vsiRNA6163)被發(fā)現(xiàn)跨界作用于宿主植物，靶向切割菜豆轉(zhuǎn)錄因子基因PvTCP2的5'-UTR，促進(jìn)了PvATG8c蛋白的積累。進(jìn)一步研究鑒定出了PvATG8c的下游靶標(biāo)蛋白PvEDR15，該蛋白正向調(diào)控菜豆葉片氣孔開度。

本研究據(jù)此綜合提出了vsiRNA6163-PvTCP2-PvATG8c-PvERD15這一跨界分子模塊介導(dǎo)病毒誘導(dǎo)的干旱耐受性的作用模型。該模型認(rèn)為CPMMV侵染菜豆后產(chǎn)生的vsiRNA6163跨界作用于菜豆轉(zhuǎn)錄抑制子PvTCP2的啟動(dòng)子，相應(yīng)激活了菜豆自噬相關(guān)基因PvATG8c的表達(dá)和細(xì)胞自噬水平，導(dǎo)致下游氣孔開放正調(diào)控因子PvERD15的降解加劇，氣孔導(dǎo)度降低，水分散失減少，從而表現(xiàn)出病毒-干旱復(fù)合脅迫下抗旱性更強(qiáng)的表型。這一理論模型為植物-生物脅迫-非生物脅迫三者的復(fù)雜互作提供了新的見解。這項(xiàng)研究的重要應(yīng)用意義在于發(fā)現(xiàn)VDT的發(fā)生并不需要完整的CPMMV病毒粒子感染，而只需要其衍生的21 bp小干擾RNA發(fā)揮，因而提供了一種通過外源噴施體外合成的小RNA誘導(dǎo)菜豆植株抗旱性，增強(qiáng)干旱逆境下穩(wěn)產(chǎn)能力的潛在方法。

本研究中菜豆光合作用相關(guān)的葉綠素?zé)晒鈪��?shù)，PSⅡ最大光化學(xué)效率評估由葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)MAXI-IMAGING-PAM完成。
 

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