铁氧还蛋白调控水稻光合电子传递的分子机理研究
发布时间：2021-08-17 10:08
铁氧还蛋白（Ferredoxin,Fd）广泛存在于各种植物、动物及微生物体内参与电子传递。高等植物基因组编码的Fd蛋白可分为光合型Fd,非光合型Fd;此外还有一类具有C末端延伸的Fd,被命名为FdC蛋白。在光合作用的光反应中,光合型Fd从PSI中接收电子,然后将这些电子传输到下游Fd依赖的各种代谢过程,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,在调节光合电子向依赖于这些电子的代谢途径分配中起关键作用。水稻基因组编码5个Fd蛋白和2个FdC蛋白,但是这些蛋白参与水稻光合电子传递的分子机制以及对水稻生长发育的影响尚不清楚。深入研究水稻Fd参与光合电子传递的分子调控机制有助于加深对光合作用分子机理的理解,进而为最终通过合成生物学等方法,利用光合作用为人类提供更多清洁、可持续的能源及光合产物奠定理论基础。在之前的研究中我们发现FdC2在水稻抽穗期和生长发育中起着重要作用。本研究通过一系列的实验证明,水稻中有两个光合型Fd,Fd1和FdC2,其中Fd1是水稻光合电子传递的主要光合型Fd蛋白,Fd1受损会导致突变体光合碳同化受阻,三叶期后迅速黄化并致死。本文...
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：101 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同物种铁氧还蛋白进化分析(GOSS,2013)
通过“Q循环”将电子传递到Cytb6f复合体，同时将2个质子释放到类囊体腔中。Cytb6f复合体再将电子传递给质体蓝素（Plastocyanin，PC）。这样，每通过传递1个电子，会伴随着2个质子从叶绿体间质向类囊体腔内的运输。PC将电子传递给光系统I反应中心在光化学反应中失去电子的叶绿素a分子P700+，使得P700+得以复原成P700，以便在光子激发下开始下一轮电荷分离反应。被光子激发的光系统I反应中心叶绿素a分子P700发生电荷分离后，通过A和B两个分支中的一个，依次将电子传递给A0（原初电子受体）、A1（叶绿体醌）、三个铁硫簇图1-3光合作用线性电子传递示意图(TAIZetal.,2014)PSII，光系统II；plastoquinone，质体醌；cytochromeb6f，细胞色素b6f复合体；plastocyanin，质体蓝素；PSI，光系统I；Fd，铁氧还蛋白；FNR，Fd-NADP+氧化酶；ATPsynthase，ATP合酶。Fig.1-3SchematicdiagramofphotosynthesislinearelectrontransferPSII,photosystemII;PSI,photosystemI;Fd,ferredoxin;FNR,Fd-NADP+oxidasewereshown.
;KARPLUSetal.,1991;KURISUetal.,2001)。在高等植物中，一般存在多个编码FNR的基因。在拟南芥中，AT5G66190和AT1G20020分别编FNR1，FNR2；而玉米种则有三个编码FNR的基因(HANKE,2013)。敲除拟南芥、烟草的FNR基因导致突变体植株生长弱小，叶色发白，光合能力下降（图1-5）(HAJIREZAEIetal.,2002;LINTALAetal.,2010;LINTALAetal.,2007;LINTALAetal.,2012;PALATNIKetal.,2003)，说明FNR在植物生长发育中有着重要作用。此外，线性电子传递链中还原型的Fd也是亚硝酸原酶、谷氨酸合酶、亚硫酸还原酶等的电子供体（图1-2B）。图1-4FNR与Fd结合示意图(MULO,2011)N端的FAD结合结构域以红色显示，C末端的NADP+结合结构域以蓝色显示，Fd以黄色显示。Fig.1-5SchematicdiagramofthecombinationofFNRandFdTheN-terminalFADbindingdomainisshowninred,theC-terminalNADP+bindingdomainisshowninblue,andFdisshowninyellow.
【参考文献】：
期刊论文
[1]CRISPR/Cas植物基因组编辑技术研究进展[J]. 刘耀光,李构思,张雅玲,陈乐天. 华南农业大学学报. 2019(05)
[2]逆境胁迫下植物体内活性氧代谢及调控机理研究进展[J]. 刘聪,董腊嫒,林建中,刘选明. 生命科学研究. 2019(03)
[3]PGR5/PGRL1介导的环式电子传递研究进展[J]. 刘玉凤,鹿嘉智,孟思达,王珍琪,张耀丰,王峰,齐明芳,李天来. 植物生理学报. 2019(04)
[4]叶绿体硫氧还蛋白系统的调节机制[J]. 秦童,黄震,康振辉. 植物学报. 2019(01)
[5]Functional Analysis of Three Rice Chloroplast Transit Peptides[J]. HE Lei,CHEN Guang,ZHANG Sen,QIU Zhennan,HU Jiang,ZENG Dali,ZHANG Guangheng,DONG Guojun,GAO Zhenyu,REN Deyong,SHEN Lan,GUO Longbiao,QIAN Qian,ZHU Li. Rice Science. 2019(01)
[6]谷氨酸合成酶基因及其在植物氮代谢中的调节作用综述[J]. 牛超,刘关君,曲春浦,冷雪,张国壁,杨成君. 江苏农业科学. 2018(09)
[7]A Simple CRISPR/Cas9 System for Multiplex Genome Editing in Rice[J]. Chun Wang,Lan Shen,Yaping Fu,Changjie Yan,Kejian Wang. Journal of Genetics and Genomics. 2015(12)
[8]高等植物铁氧还蛋白-NADP+氧化还原酶研究进展[J]. 杨超,胡红涛,吴平,莫肖蓉. 植物生理学报. 2014(09)
[9]植物脂肪酸的生物合成及其生理功能的研究进展[J]. 李昌珠,李正茂. 湖南林业科技. 2009(06)
[10]高等植物铁氧还蛋白的结构与功能[J]. 苟萍,索菲娅,马东建. 生命的化学. 2007(01)
博士论文
[1]水稻高温高光敏感突变体ls1的筛选及基因功能研究[D]. 邱振楠.中国农业科学院 2019
[2]供氮水平调控番茄低温耐性的机理研究[D]. 刘国英.西北农林科技大学 2018
[3]兰科植物景天酸代谢（CAM）途径研究[D]. 邓华.中国林业科学研究院 2015
本文编号：3347571
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：101 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同物种铁氧还蛋白进化分析(GOSS,2013)
通过“Q循环”将电子传递到Cytb6f复合体，同时将2个质子释放到类囊体腔中。Cytb6f复合体再将电子传递给质体蓝素（Plastocyanin，PC）。这样，每通过传递1个电子，会伴随着2个质子从叶绿体间质向类囊体腔内的运输。PC将电子传递给光系统I反应中心在光化学反应中失去电子的叶绿素a分子P700+，使得P700+得以复原成P700，以便在光子激发下开始下一轮电荷分离反应。被光子激发的光系统I反应中心叶绿素a分子P700发生电荷分离后，通过A和B两个分支中的一个，依次将电子传递给A0（原初电子受体）、A1（叶绿体醌）、三个铁硫簇图1-3光合作用线性电子传递示意图(TAIZetal.,2014)PSII，光系统II；plastoquinone，质体醌；cytochromeb6f，细胞色素b6f复合体；plastocyanin，质体蓝素；PSI，光系统I；Fd，铁氧还蛋白；FNR，Fd-NADP+氧化酶；ATPsynthase，ATP合酶。Fig.1-3SchematicdiagramofphotosynthesislinearelectrontransferPSII,photosystemII;PSI,photosystemI;Fd,ferredoxin;FNR,Fd-NADP+oxidasewereshown.
;KARPLUSetal.,1991;KURISUetal.,2001)。在高等植物中，一般存在多个编码FNR的基因。在拟南芥中，AT5G66190和AT1G20020分别编FNR1，FNR2；而玉米种则有三个编码FNR的基因(HANKE,2013)。敲除拟南芥、烟草的FNR基因导致突变体植株生长弱小，叶色发白，光合能力下降（图1-5）(HAJIREZAEIetal.,2002;LINTALAetal.,2010;LINTALAetal.,2007;LINTALAetal.,2012;PALATNIKetal.,2003)，说明FNR在植物生长发育中有着重要作用。此外，线性电子传递链中还原型的Fd也是亚硝酸原酶、谷氨酸合酶、亚硫酸还原酶等的电子供体（图1-2B）。图1-4FNR与Fd结合示意图(MULO,2011)N端的FAD结合结构域以红色显示，C末端的NADP+结合结构域以蓝色显示，Fd以黄色显示。Fig.1-5SchematicdiagramofthecombinationofFNRandFdTheN-terminalFADbindingdomainisshowninred,theC-terminalNADP+bindingdomainisshowninblue,andFdisshowninyellow.
【参考文献】：
期刊论文
[1]CRISPR/Cas植物基因组编辑技术研究进展[J]. 刘耀光,李构思,张雅玲,陈乐天. 华南农业大学学报. 2019(05)
[2]逆境胁迫下植物体内活性氧代谢及调控机理研究进展[J]. 刘聪,董腊嫒,林建中,刘选明. 生命科学研究. 2019(03)
[3]PGR5/PGRL1介导的环式电子传递研究进展[J]. 刘玉凤,鹿嘉智,孟思达,王珍琪,张耀丰,王峰,齐明芳,李天来. 植物生理学报. 2019(04)
[4]叶绿体硫氧还蛋白系统的调节机制[J]. 秦童,黄震,康振辉. 植物学报. 2019(01)
[5]Functional Analysis of Three Rice Chloroplast Transit Peptides[J]. HE Lei,CHEN Guang,ZHANG Sen,QIU Zhennan,HU Jiang,ZENG Dali,ZHANG Guangheng,DONG Guojun,GAO Zhenyu,REN Deyong,SHEN Lan,GUO Longbiao,QIAN Qian,ZHU Li. Rice Science. 2019(01)
[6]谷氨酸合成酶基因及其在植物氮代谢中的调节作用综述[J]. 牛超,刘关君,曲春浦,冷雪,张国壁,杨成君. 江苏农业科学. 2018(09)
[7]A Simple CRISPR/Cas9 System for Multiplex Genome Editing in Rice[J]. Chun Wang,Lan Shen,Yaping Fu,Changjie Yan,Kejian Wang. Journal of Genetics and Genomics. 2015(12)
[8]高等植物铁氧还蛋白-NADP+氧化还原酶研究进展[J]. 杨超,胡红涛,吴平,莫肖蓉. 植物生理学报. 2014(09)
[9]植物脂肪酸的生物合成及其生理功能的研究进展[J]. 李昌珠,李正茂. 湖南林业科技. 2009(06)
[10]高等植物铁氧还蛋白的结构与功能[J]. 苟萍,索菲娅,马东建. 生命的化学. 2007(01)
博士论文
[1]水稻高温高光敏感突变体ls1的筛选及基因功能研究[D]. 邱振楠.中国农业科学院 2019
[2]供氮水平调控番茄低温耐性的机理研究[D]. 刘国英.西北农林科技大学 2018
[3]兰科植物景天酸代谢（CAM）途径研究[D]. 邓华.中国林业科学研究院 2015
本文编号：3347571
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