莱茵衣藻e6突变体基因及其在光能转化中的作用
项目摘要
光能高效传递转化的机理问题，是光合作用基础研究需要解决的核心科学问题。虽然过去的研究使人们对光能吸收传递转化的主要过程和光合复合体的主要组成有所了解，但其中精细的分子调控机制尚不清楚。因此，本项目围绕这一重要科学问题，以光合作用研究的模式藻种-莱茵衣藻为材料，从已经筛选获得的光合突变体e6入手，进行深入研究。首先，采用本实验室已优化的莱茵衣藻基因克隆方法，获得目的基因全长序列。其次，运用生物信息学手段进行基因序列分析和功能预测。在此基础上，采用系统生物学及光合功能分析研究手段和技术，深入研究目的基因的作用方式，揭示基因编码蛋白在光能转化中的作用机理。研究成果不仅有助于加深对光能转化调控机理的认识，对发掘高光效新基因、培育高光效藻种也有重要意义。
结题摘要
光能高效传递转化的机理问题，是光合作用基础研究需要解决的核心科学问题。虽然过去的研究使人们对光能吸收传递转化的主要过程和光合复合体的主要组成有所了解，但其中精细的分子调控机制尚不清楚。光系统I（PSI）是细胞中存在的最复杂的重要超分子组装体，负责完成光合电子传递中质体蓝素氧化及铁氧还蛋白还原，用于NADPH的形成。目前我们对PSI组分与结构已有较多了解，也清楚其生物发生及功能维护是一个需要大量核基因和叶绿体基因编码的辅助蛋白因子参与或协同表达的复杂过程,但对这类辅助因子挖掘及作用机制仍不完全了解。与光合蛋白相比,辅助蛋白因子通常丰度低变化快,对它们的识别和研究非常困难。因此，全面挖掘这类起调控作用的辅助蛋白并揭示它们的作用方式，是阐明光合作用机理面临的一大挑战。本项目针对这一前沿科学问题，以光合作用研究的模式藻种莱茵衣藻为材料，在质粒随机插入构建的突变体库中定向筛选了一批光合突变体，并对其中的一个突变体(e6)进行了系统分析,发现突变基因编码一个含有三次跨膜结构域的捕光色素类似（LHC-like）蛋白。体外重组实验证实其体外表达蛋白可与光合色素结合。生物化学分析发现，该基因的缺失特异性的影响PSI的累积和稳定，是一个在PSI生物发生过程中起重要调控作用的蛋白质。进一步的蛋白相互作用检测发现该蛋白与叶绿素合成步骤中的关键酶Cth1有相互作用。在综合分析实验结果的基础上提出了该蛋白可能是一个在光合器生物发生早期将新合成的色素分子直接转运给PSI核心亚基PsaA/PsaB的重要蛋白的观点。研究首次发现色素结合蛋白参与PSI生物发生过程，拓展了人们对这类蛋白新功能的认识。 [1]