蓝藻NdhP蛋白在抵抗高光胁迫中的分子机理研究

【摘要】光给植物生长提供了能量，因此是植物生长所必须的环境因子。但过多的光也给植物体带来了严重的危害。当捕光天线吸收的光能超过植物细胞的能量利用时，过多的光量会产生活性氧，攻击光合机构，从而导致光抑制。植物体在适应高光等环境胁迫的过程中，发展出了多种抵抗环境胁迫的策略，来维持能量供应和消耗的动态平衡，从而减缓光合机构的损害。其中，围绕光系统I的环式电子传递(CET)可通过增加类囊体膜两侧的质子梯度(pH)，产生额外的ATP，优化碳同化，从而缓解植物体在高光等胁迫条件下的伤害。在蓝藻细胞中，NADPH脱氢酶(NDH-1)介导的CET(NDH-CET)是最主要的CET途径。先前的研究结果表明：在高光条件下，许多蓝藻NDH-CET活性缺失的突变体，如ndhS和slr1097，均出现了高光敏感的生长表型。然而，人们对如何调控NDH-CET活性的分子机理尚了解不够。本论文通过高光策略对集胞藻6803(Synechocystissp.strainPCC6803)转座子突变体文库进行广泛地筛选，找出调控NDH-CET活性的相关蛋白因子，并在分子、生化和生理等水平上对该蛋白因子进行分析，以期揭示出这一蛋白因子调控NDH-CET活性的新机理。相关研究成果小结如下:(1)利用高光策略对集胞藻6803转座子突变体文库进行了筛选，我们获得了两株高光生长敏感的突变体。通过叶绿素荧光的检测，结果表明这两株突变体均削弱了NDH-CET的活性，且这一削弱可能由sml0013(ndhP)基因突变所导致的。为了肯定这一猜测，我们构建了ndhP突变体。通过叶绿素荧光及P700氧化还原动力学等技术对NDH-CET活性进行了测定，我们的结果证实：NdhP蛋白的缺失导致NDH-CET活性的损伤。(2)为了阐明NdhP缺失如何导致NDH-CET受损，我们分析了ndhP突变体中NDH-1复合体在类囊体膜上的积累与组装效率。结果表明，NdhP的缺失削弱了NDH-1L复合体的组装效率，但并不影响NDH-1复合体在类囊体膜上的蛋白丰度。因此，NDH-1L复合体的降解是产生NDH-CET活性受损的原因。(3)为了揭示NdhP是如何稳定NDH-1L复合体，我们分析NdhP蛋白的亚细胞定位。结果表明NdhP是一个单跨膜的类囊体蛋白，并其C末端位于类囊体膜腔内。结合蛋白质组学和反向遗传学的方法，我们进一步发现NdhP是NDH-1L复合体所特有的亚基。进一步的研究结果还表明，NdhP是维系NDH-1L复合体稳定性所必须。(4)为了澄清NdhP蛋白的C末端在稳定NDH-1L复合体中的作用机制，我们构建NdhP蛋白C末端的缺失突变株。这一C末端的缺失导致了NDH-1L复合体的降解，其程度与NdhP的缺失突变株类似，并且NdhP蛋白的N末端和跨膜区不能互补这一降解表型。因此，NdhP的C末端对于NDH-1L复合体的稳定性是必须的。综上所述，本论文首次在集胞藻6803中鉴定一个NDH-1L复合体特有的新亚基——NdhP，并揭示了这一亚基在蓝藻细胞抵抗高光等环境胁迫条件下所扮演的重要生理功能及相关的分子调控机制。以上研究成果加深了人们对蓝藻NDH-CET重要生理功能和NDH-1复合体分子构造的理解。
【作者】张劲松；
【导师】王全喜；马为民；
【作者基本信息】上海师范大学，环境科学，2014，博士
【关键词】NdhP；NDH-1L复合体；稳定；NDH-CET；高光；集胞藻6803；

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