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萊茵衣藻e6突變體基因圖片來源百度網原圖鏈接

中文名:萊茵衣藻e6突變體基因及其在光能轉化中的作用

項目類別:面上項目

項目負責人:黃芳

依託單位:中國科學院植物研究所

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項目摘要

光能高效傳遞轉化的機理問題，是光合作用基礎研究需要解決的核心科學問題。雖然過去的研究使人們對光能吸收傳遞轉化的主要過程和光合複合體的主要組成有所了解，但其中精細的分子調控機制尚不清楚。因此，本項目圍繞這一重要科學問題，以光合作用研究的模式藻種-萊茵衣藻為材料，從已經篩選獲得的光合突變體e6入手，進行深入研究。首先，採用本實驗室已優化的萊茵衣藻基因克隆方法，獲得目的基因全長序列。其次，運用生物信息學手段進行基因序列分析和功能預測。在此基礎上，採用系統生物學及光合功能分析研究手段和技術，深入研究目的基因的作用方式，揭示基因編碼蛋白在光能轉化中的作用機理。研究成果不僅有助於加深對光能轉化調控機理的認識，對發掘高光效新基因、培育高光效藻種也有重要意義。

結題摘要

光能高效傳遞轉化的機理問題，是光合作用基礎研究需要解決的核心科學問題。雖然過去的研究使人們對光能吸收傳遞轉化的主要過程和光合複合體的主要組成有所了解，但其中精細的分子調控機制尚不清楚。光系統I（PSI）是細胞中存在的最複雜的重要超分子組裝體，負責完成光合電子傳遞中質體藍素氧化及鐵氧還蛋白還原，用於NADPH的形成。目前我們對PSI組分與結構已有較多了解，也清楚其生物發生及功能維護是一個需要大量核基因和葉綠體基因編碼的輔助蛋白因子參與或協同表達的複雜過程,但對這類輔助因子挖掘及作用機制仍不完全了解。與光合蛋白相比,輔助蛋白因子通常豐度低變化快,對它們的識別和研究非常困難。因此，全面挖掘這類起調控作用的輔助蛋白並揭示它們的作用方式，是闡明光合作用機理面臨的一大挑戰。本項目針對這一前沿科學問題，以光合作用研究的模式藻種萊茵衣藻為材料，在質粒隨機插入構建的突變體庫中定向篩選了一批光合突變體，並對其中的一個突變體(e6)進行了系統分析,發現突變基因編碼一個含有三次跨膜結構域的捕光色素類似（LHC-like）蛋白。體外重組實驗證實其體外表達蛋白可與光合色素結合。生物化學分析發現，該基因的缺失特異性的影響PSI的累積和穩定，是一個在PSI生物發生過程中起重要調控作用的蛋白質。進一步的蛋白相互作用檢測發現該蛋白與葉綠素合成步驟中的關鍵酶Cth1有相互作用。在綜合分析實驗結果的基礎上提出了該蛋白可能是一個在光合器生物發生早期將新合成的色素分子直接轉運給PSI核心亞基PsaA/PsaB的重要蛋白的觀點。研究首次發現色素結合蛋白參與PSI生物發生過程，拓展了人們對這類蛋白新功能的認識。