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研究揭示铁氧还蛋白I是水稻中主要的光合碳同化电子传递蛋白

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  近日,中国水稻研究所水稻功能基因组研究创新团队首次明确并揭示了水稻主要光合电子传递蛋白叶型铁氧还蛋白I对水稻生长发育的影响,为阐明水稻不同铁氧还蛋白在调控光合电子向下游代谢途径分配的分子机制奠定了基础。相关研究成果在线发表在《植物学报(The Plant Journal)》上。

  

  

  据朱丽研究员介绍,铁氧还蛋白广泛存在于各种植物、动物及微生物体内参与电子传递。在光合过程中,光系统接受光子,经过各个电子传递蛋白,最终将光能转化为化学能,光合型铁氧还蛋白作为唯一的可溶性电子受体,可将来自光系统I的电子传输到下游各种铁氧还蛋白依赖的代谢过程,涉及碳同化、氮同化、硫同化、叶绿素代谢、光敏色素合成、脂肪酸合成等诸多生物学途径,是光合电子向多种生物学途径分配的中枢元件,对水稻的生长发育至关重要。

  在前期的研究中,研究人员利用一个黄叶晚抽穗突变体。在水稻中克隆了铁氧还蛋白C2,该基因突变后引起植株抽穗延迟、叶片失绿,株高、有效分蘖数及千粒重显著降低等表型,突变体叶绿体结构受损,净光合速率下降。以此为基础,研究人员通过BlastP分析发现水稻中共有7个铁氧还蛋白同源蛋白,其中5个为铁氧还蛋白,2个为铁氧还蛋白C。利用系统发育分析和细胞色素c、NADP+光还原实验,以及基因表达和亚细胞定位等实验,研究人员找到了水稻中最主要的光合电子传递铁氧还蛋白I,表型观察、糖含量测定、光合参数测定等实验证明铁氧还蛋白I突变后会造成水稻光合电子传递受阻,光合碳同化过程被破坏,从而引起突变体内源光合产物合成不足,导致三叶期后突变体快速褪绿并致死的表型。同时进一步证明铁氧还蛋白C2也具有光合电子传递能力,属于光合型铁氧还蛋白,但不直接参与水稻碳同化。

  该研究得到中国农业科学院科技创新工程、国家自然科学基金和浙江省杰出青年基金等项目资助。(通讯员 陈鎏琰)

  原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.14904

  

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