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揭示水稻主要光合电子传递蛋白OsFdI对水稻生长发育的影响

   日期:2020-07-13     来源:中国水稻研究所    浏览:1669    
  近日,中国水稻研究所种质创新课题组在The Plant Journal在线发表了题为Primary Leaf-type FerredoxinI Participates in Photosynthetic Electron Transport and Carbon Assimilation in Rice的研究论文。该研究首次明确并揭示了水稻主要光合电子传递蛋白OsFdI对水稻生长发育的影响,为阐明水稻不同铁氧还蛋白(Ferredoxin,Fd)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。

  Fd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Fd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Fd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(heading date delay and yellowish leaf 1,hdy1)在水稻中克隆了FdC2编码基因,该基因突变后引起植株严重的抽穗延迟、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Fd同源蛋白,其中5个为Fd蛋白,2个为FdC蛋白。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蛋白FdI,表型观察、糖含量测定、光合参数测定等实验证明FdI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FdC2也具有光合电子传递能力,属于光合型Fd,但不直接参与水稻碳同化。

  综上,该研究明确了FdI是水稻中主要的光合碳同化电子传递蛋白,加深了对Fd参与水稻光合电子传递的分子机制以及Fd对水稻生长发育的影响的理解。为进一步阐明水稻不同Fd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。

  该研究得到中国农业科学院创新工程、国家转基因专项、国家自然科学基金和浙江省杰出青年基金等项目资助。我所博士研究生赫磊、硕士研究生李嫚为论文共同第一作者。钱前院士、曾大力研究员和朱丽研究员为共同通讯作者。


  Fd1和FdC2蛋白电子传递能力检测


  fd1突变体表型及突变体中Fd1基因表达量

  文章链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.14904
 
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