保护叶绿体不被晒伤

时间:2020-04-08 21:12 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

保护叶绿体不被晒伤

强烈的阳光会破坏对光合作用至关重要的叶绿体,并产生可导致细胞死亡的有毒物质。LMU的生物学家现在已经发现了一种可以减轻光胁迫影响的信号通路。

生物光合作用——太阳辐射转化为化学能的过程——是由蓝藻细菌、藻类和植物进行的,对维持地球上的动物生命至关重要。在植物中,光合作用发生在一种叫做叶绿体的特殊细胞器中,叶绿体存在于叶子中。叶绿体实际上是由光合细菌进化而来的,光合细菌被合并到有核的细胞中作为共生体。在进化过程中,它们携带的大部分基因被转移到宿主的细胞核中,但现代叶绿体仍然保留着一小部分对光合作用至关重要的基因。因此,植物的光合作用需要在细胞核和叶绿体之间进行广泛的信息交换。所涉及的网络非常复杂,它的许多组成部分仍有待确定。以拟南芥(拟南芥)为模型系统,由私立大学Tatjana Kleine博士领导的LMU生物学家现在已经发现了一种以前未知的信号通路,这种通路对压力耐受和抑制光诱导的程序性细胞死亡有重要作用。这条途径有可能被用来提高作物的抗逆性。这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

植物暴露于过高的光照水平不可避免地会产生“活性氧”(ROS),如叶片叶绿体中的“单态氧”(1O2)。高浓度的活性氧对细胞是有毒的,但它们也可以作为警报信号,激活对抗措施。克莱因说:“以前的研究已经表明,单态氧是一种信号分子,它能触发应激反应,导致生长停止,甚至细胞程序性死亡。”“很明显,下一步是鉴定参与1o2诱导的信号转导的蛋白质。”

在他们的实验中,Kleine和同事利用了拟南芥的双重突变体(flu ex1)。流感突变允许单重态氧的产生通过暴露在光照下以可控的方式激活,而ex1突变则使一种名为EXECUTER1的基因失活。众所周知,EXECUTER1蛋白是诱导程序性细胞死亡所必需的。因此,ex1突变使单重态氧的浓度上升而不会引起细胞死亡。

为了识别其他参与1O2依赖信号传递的基因,研究小组再次对流感ex1菌株进行了突变,并筛选了对1O2的细胞死亡反应恢复的突变体。这项实验设计揭示了一种名为SAFEGUARD1的蛋白质可以保护双突变体免受单态氧积聚的有害后果。“双重突变体中SAFE1基因的失活再次导致细胞死亡。重要的是,这并不是由于EXECUTER1的“修复”。因此,SAFE1基因必须编码一个独立的、以前未知的信号通路的组成部分,而这个信号通路本身就是由单线态氧诱导的。值得注意的是,SAFE1的缺失与光驱动反应发生的膜堆边缘受损有关(被称为“grana”)。因此,作者提出,grana边缘产生的1O2激活了一个与executer1无关的信号转导,而SAFE1通常通过保护grana边缘不受损伤来抑制这一通路。

在所有暴露在强光下产生的活性氧中,单线态氧对光合作用的危害最大。SAFE1是一种有效的抑制单态态氧积累引起的胁迫反应的抑制剂,是提高作物抗逆性的一个有希望的起点。Kleine说:“也许这种蛋白质的过度表达会使植物对强烈阳光下产生的单线态氧更有耐受性。”

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