普林斯顿大学在光合作用基因的鉴定和表征方面取得突破

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Ad植物微生物

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资源所属：

农业生物技术专题

类型：

前沿资讯

语种：

中文

原文发布日期：

2023-12-21

摘要：

在光合作用的真核生物中，叶绿体类囊体膜上的一系列蛋白质复合物构成了光合作用装置，它们能够利用光能产生NADPH、ATP以及其他细胞能量物质。这些NADPH和ATP进一步驱动许多生物途径，特别是通过卡尔文-本森-巴沙姆代谢循环将CO2转化为糖的代谢途径。光合复合物的组装和活性调节需要通过细胞核来进行控制，涉及到细胞核和叶绿体编码的数百个基因。在植物和绿藻中，这种协调通常包括不同的调节机制。其中包括核编码蛋白质对叶绿体表达基因的转录后调控，叶绿体表达亚基的转录调控，以及蛋白酶介导的未组装亚基的降解。尽管对光合作用及其调控已经进行了70年的研究，但系统发生学研究显示仍有数百个参与光合作用的基因有待鉴定和表征。实际上，关于GreenCut2基因约有一半的基因功能尚未被了解。2023年12月7日，来自美国普林斯顿大学分子生物系的Martin C. Jonikas团队在Cell期刊发表题为Systematic identification and characterization of genes in the regulation and biogenesis of photosynthetic machinery的文章。研究人员以模式真核藻类莱茵衣藻作为研究对象，利用高通量遗传学的方法鉴定了与光合作用相关的70个基因，并通过研究基因缺失突变株对这些基因的功能进行了表征。结果发现，至少有7种蛋白质在光合作用的生物合成和调控中起着重要作用。这项研究为我们更加系统地理解光合作用提供了基础。莱茵衣藻是一种模式真核藻类，具有高通量和生理优势，有利于鉴定和表征光合作用的必需基因。在过去的十年中，通过对莱茵衣藻突变体库进行筛选，已经发现了数百个与光合作用相关的候选基因，但其中有很多是假阳性。该领域目前的挑战是鉴定真正与光合作用相关的候选基因，并确定已验证的光合作用基因的功能。综上所述，该研究使用遗传筛选方法鉴定了70个以前未知的基因，这些基因在模式藻类莱茵衣藻的光合作用中起关键作用。研究人员通过突变体蛋白质组学分析将这些基因归类到不同的生物途径，揭示了与光合作用生物合成和调控有关的因子，包括主要调控因子PMR1，它通过核编码因子调控叶绿体基因。这项研究为我们认识光合作用调控机制打开了新的大门。