利用PAM葉綠素?zé)晒鈨x揭秘植物如何在波動(dòng)光下保護(hù)細(xì)胞色素b6f復(fù)合體
科學(xué)家借助Hexagon-Imaging-PAM和Dual-PAM-100揭秘植物如何在波動(dòng)光下保護(hù)細(xì)胞色素b6f復(fù)合體
在自然界中，植物必須適應(yīng)不斷變化的光照條件，以最大化光能的利用并減少過(guò)量光照造成的潛在損害。最近，一項(xiàng)由慕尼黑大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的機(jī)制，該機(jī)制通過(guò)PGR5抑制子篩選揭示了植物如何保護(hù)光合電子傳遞鏈中的細(xì)胞色素b6f復(fù)合體免受損害。這一發(fā)現(xiàn)不僅為我們理解植物如何適應(yīng)光照波動(dòng)提供了新的視角，也為未來(lái)的作物改良提供了潛在的遺傳目標(biāo)。
在最近的研究中，科學(xué)家們通過(guò)PGR5抑制子篩選，發(fā)現(xiàn)了一種獨(dú)特的機(jī)制，該機(jī)制在植物適應(yīng)波動(dòng)光照中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。PGR5（proton gradient regulation 5）是一種在光合作用中起作用的蛋白質(zhì)，其缺失會(huì)導(dǎo)致植物在波動(dòng)光照條件下光系統(tǒng)I（PSI）過(guò)度敏感，從而導(dǎo)致植物死亡。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)篩選能夠恢復(fù)pgr5突變體在波動(dòng)光照下生存能力的抑制子突變，鑒定了一系列影響光合作用相關(guān)蛋白的突變。這些突變影響了12個(gè)不同的光合作用相關(guān)蛋白，包括一些對(duì)PSII（光系統(tǒng)II）功能至關(guān)重要的蛋白，以及對(duì)細(xì)胞色素b6f復(fù)合體組裝和功能至關(guān)重要的蛋白。
特別值得注意的是，研究中發(fā)現(xiàn)的DEIP1/NTA1蛋白，之前被認(rèn)為是細(xì)胞色素b6f復(fù)合體組裝的一個(gè)因子，但在這項(xiàng)研究中顯示出與PGR5功能的意想不到的相互作用。研究結(jié)果表明，DEIP1/NTA1在PGR5存在時(shí)對(duì)細(xì)胞色素b6f的積累起到保護(hù)作用，這表明PGR5可能對(duì)細(xì)胞色素b6f復(fù)合體有損害效應(yīng)，而DEIP1/NTA1則保護(hù)該復(fù)合體免受這種效應(yīng)的影響。
此外，研究還發(fā)現(xiàn)了PFSC1（PGR5抑制子帶有改變的細(xì)胞色素b6f 1）蛋白，這是一種在早期發(fā)育階段控制細(xì)胞色素b6f積累的新蛋白。PFSC1的功能獨(dú)立于PGR5，且在所有光合生物中都存在，這表明它在光合作用中可能具有基本且保守的角色。
這項(xiàng)研究不僅為我們理解植物如何調(diào)節(jié)其光合作用來(lái)適應(yīng)不斷變化的光照條件提供了新的見(jiàn)解，而且也為開(kāi)發(fā)能夠更有效利用光能的作物品種提供了新的策略。通過(guò)操縱這些新發(fā)現(xiàn)的蛋白，科學(xué)家們可能能夠培育出更能適應(yīng)光照波動(dòng)、更能抵抗光抑制的作物，從而提高作物的產(chǎn)量和抗逆性。
隨著全球氣候變化和環(huán)境壓力的增加，這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)對(duì)于未來(lái)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。通過(guò)深入了解植物光合作用的調(diào)控機(jī)制，我們可以更好地應(yīng)對(duì)環(huán)境挑戰(zhàn)，確保食品安全和可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展。
研究中使用了Dual-PAM-100和Hexagon-Imaging-PAM。
—— 原文 ——
在自然界中，植物必須適應(yīng)不斷變化的光照條件，以最大化光能的利用并減少過(guò)量光照造成的潛在損害。最近，一項(xiàng)由慕尼黑大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的機(jī)制，該機(jī)制通過(guò)PGR5抑制子篩選揭示了植物如何保護(hù)光合電子傳遞鏈中的細(xì)胞色素b6f復(fù)合體免受損害。這一發(fā)現(xiàn)不僅為我們理解植物如何適應(yīng)光照波動(dòng)提供了新的視角，也為未來(lái)的作物改良提供了潛在的遺傳目標(biāo)。
在最近的研究中，科學(xué)家們通過(guò)PGR5抑制子篩選，發(fā)現(xiàn)了一種獨(dú)特的機(jī)制，該機(jī)制在植物適應(yīng)波動(dòng)光照中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。PGR5（proton gradient regulation 5）是一種在光合作用中起作用的蛋白質(zhì)，其缺失會(huì)導(dǎo)致植物在波動(dòng)光照條件下光系統(tǒng)I（PSI）過(guò)度敏感，從而導(dǎo)致植物死亡。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)篩選能夠恢復(fù)pgr5突變體在波動(dòng)光照下生存能力的抑制子突變，鑒定了一系列影響光合作用相關(guān)蛋白的突變。這些突變影響了12個(gè)不同的光合作用相關(guān)蛋白，包括一些對(duì)PSII（光系統(tǒng)II）功能至關(guān)重要的蛋白，以及對(duì)細(xì)胞色素b6f復(fù)合體組裝和功能至關(guān)重要的蛋白。
特別值得注意的是，研究中發(fā)現(xiàn)的DEIP1/NTA1蛋白，之前被認(rèn)為是細(xì)胞色素b6f復(fù)合體組裝的一個(gè)因子，但在這項(xiàng)研究中顯示出與PGR5功能的意想不到的相互作用。研究結(jié)果表明，DEIP1/NTA1在PGR5存在時(shí)對(duì)細(xì)胞色素b6f的積累起到保護(hù)作用，這表明PGR5可能對(duì)細(xì)胞色素b6f復(fù)合體有損害效應(yīng)，而DEIP1/NTA1則保護(hù)該復(fù)合體免受這種效應(yīng)的影響。
此外，研究還發(fā)現(xiàn)了PFSC1（PGR5抑制子帶有改變的細(xì)胞色素b6f 1）蛋白，這是一種在早期發(fā)育階段控制細(xì)胞色素b6f積累的新蛋白。PFSC1的功能獨(dú)立于PGR5，且在所有光合生物中都存在，這表明它在光合作用中可能具有基本且保守的角色。
這項(xiàng)研究不僅為我們理解植物如何調(diào)節(jié)其光合作用來(lái)適應(yīng)不斷變化的光照條件提供了新的見(jiàn)解，而且也為開(kāi)發(fā)能夠更有效利用光能的作物品種提供了新的策略。通過(guò)操縱這些新發(fā)現(xiàn)的蛋白，科學(xué)家們可能能夠培育出更能適應(yīng)光照波動(dòng)、更能抵抗光抑制的作物，從而提高作物的產(chǎn)量和抗逆性。
隨著全球氣候變化和環(huán)境壓力的增加，這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)對(duì)于未來(lái)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。通過(guò)深入了解植物光合作用的調(diào)控機(jī)制，我們可以更好地應(yīng)對(duì)環(huán)境挑戰(zhàn)，確保食品安全和可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展。
研究中使用了Dual-PAM-100和Hexagon-Imaging-PAM。
缺乏DEIP1/NTA1和PGR5的幼苗中Cyt b6f蛋白積累與光合作用
(A)在MS板上長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)4 d的WT (Col-5)、單(pgr5)和雙(pgr5 deip1- cas# 1和pgr5 deip1- cas# 2)突變體植株。下面是假彩色圖像，根據(jù)面板底部的色階顯示了每條植株線的Fv/Fm值。對(duì)于每條線，顯示值(n=3)±標(biāo)準(zhǔn)差(SD)的平均值。(B)從(A)中的幼苗中分離出等量的葉片總蛋白(調(diào)整為等于新鮮重量)，在還原條件下通過(guò)SDS-PAGE分離，轉(zhuǎn)移到PVDF膜上，并用PetA-，PetB-或petc特異性抗體進(jìn)行免疫修飾�？捡R斯亮藍(lán)(c.b.b)染色作為上樣對(duì)照。給出了三個(gè)實(shí)驗(yàn)的代表性印跡，以及波段定量(n=3)相對(duì)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熒光成像系統(tǒng)對(duì)(A)中暗適應(yīng)幼苗的誘導(dǎo)恢復(fù)曲線(如上圖白色和黑色條所示)的PSII量子產(chǎn)率(Y(II))和非光化學(xué)猝滅(NPQ)。顯示至少3次重復(fù)的平均值±SD。
—— 原文 ——
Penzler J F, Naranjo B, Walz S, et al. A 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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