水稻鎂離子螯合酶D亞基超表達(dá)及其功能研究.pdf

1、鎂離子螯合酶是葉綠素生物合成途徑(鎂分支)中的第一個(gè)酶，它催化鎂離子螯合到原卟啉Ⅸ中形成鎂原卟啉IX，對(duì)葉綠素的生物合成起到關(guān)鍵性的調(diào)控作用。鎂離子螯合酶由三個(gè)亞基組成，分別為H亞基、D亞基和I亞基。這些亞基除了相互作用形成復(fù)合物來(lái)行使功能以外，還參與其他的代謝途徑。其中，H亞基不僅參與葉綠體到細(xì)胞核的反向信號(hào)傳導(dǎo)，還對(duì)藍(lán)藻SigmaE因子進(jìn)行調(diào)控，參與細(xì)胞糖代謝。H亞基還被報(bào)道參與植物ABA信號(hào)傳導(dǎo)途徑。I亞基是硫氧還蛋白的靶蛋白，其

2、ATP酶活性受到葉綠體氧化還原狀態(tài)的調(diào)控。擬南芥D亞基的插入突變體具有基因組解偶聯(lián)(genomes uncoupled)表型。D亞基氨基酸結(jié)構(gòu)十分特殊，是目前在植物中發(fā)現(xiàn)的唯一一個(gè)同時(shí)具有vWA(Von Willebrand factor type A)和AAA(ATPasesassociated with various cellular activities)結(jié)構(gòu)域的蛋白。但是D亞基維持鎂離子螯合酶活性的結(jié)構(gòu)域是其中間110個(gè)氨基酸

3、殘基。這暗示著D亞基的vWA和AAA結(jié)構(gòu)域可能參與葉綠素合成以外的其他代謝途徑。
　　 本課題將水稻鎂離子螯合酶D亞基分為3個(gè)部分：預(yù)測(cè)的葉綠體信號(hào)肽(cTP，Met1-Pro80)，D亞基N端(OsCHLDN，Leu81-Ala481)和D亞基C端(OsCHLDC，Glu482-Ser754)。亞細(xì)胞定位的研究結(jié)果表明D亞基預(yù)測(cè)的信號(hào)肽部分能夠?qū)sCHLDN和OsCHLDC導(dǎo)入葉綠體。在整個(gè)生育期，水稻超表達(dá)OsCHLDN(

4、OsCHLDN-OX)植株的表型與野生型相比沒(méi)有明顯差異。但是與野生型植株相比，OsCHLDN-OX植株幼苗期葉片中內(nèi)源D亞基蛋白含量下降；二葉期葉片中內(nèi)源D亞基蛋白含量沒(méi)有差異；抽穗期葉片中內(nèi)源D亞基蛋白含量上升。在幼苗期和抽穗期，水稻超表達(dá)OsCHLDC(OsCHLDC-OX)植株葉片和幼穗與野生型相比出現(xiàn)了黃化表型。在二葉期，OsCHLDC-OX植株內(nèi)源D亞基表型和蛋白含量與對(duì)照相比沒(méi)有明顯差異。但是在整個(gè)生育期OsCHLDC-O

5、X植株葉片中內(nèi)源D亞基在RNA水平被共抑制，在OsCHLDN-OX植株葉片中卻沒(méi)有。在整個(gè)生育期，OsCHLDN-OX和OsCHLDC-OX植株對(duì)應(yīng)的OsCHLDN和OsCHLDC mRNA水平與野生型相比都有明顯的超表達(dá)，但是在其葉片中卻檢測(cè)不到相應(yīng)蛋白。對(duì)于這種隨著生長(zhǎng)發(fā)育階段不同而不同的表型和特殊的超表達(dá)模式，可能與小RNA的調(diào)控有關(guān)。這種調(diào)控模式導(dǎo)致光合作用相關(guān)基因表達(dá)和四吡咯生物合成代謝途徑的紊亂。本研究不僅有助于我們更好的了