1、大麥光系統(tǒng)大麥光系統(tǒng)iiii蛋白磷酸化對漸進(jìn)水分脅迫的響應(yīng)蛋白磷酸化對漸進(jìn)水分脅迫的響應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展總結(jié)及初步討論實(shí)驗(yàn)進(jìn)展總結(jié)及初步討論光合組光合組 劉文娟劉文娟高等植物的光合作用由兩種與膜相連的色素蛋白復(fù)合物介導(dǎo)：光高等植物的光合作用由兩種與膜相連的色素蛋白復(fù)合物介導(dǎo)：光系統(tǒng)系統(tǒng)i i （psipsi）和光系統(tǒng)）和光系統(tǒng)ii ii （psiipsii），其中），其中psii psii 催化水的氧化和催化水的氧化和質(zhì)體醌的還原。質(zhì)體醌的還原。 研究背景：研究背景：磷酸化是蛋白翻譯前修飾的最磷酸化是蛋白翻譯前修飾的最常見常見的形式之一，在調(diào)節(jié)從基因表達(dá)到信號(hào)的形式之一，在調(diào)節(jié)從基因表達(dá)到信號(hào)和代謝調(diào)

2、控等所有細(xì)胞功能中都起作用。和代謝調(diào)控等所有細(xì)胞功能中都起作用。高等植物類囊體膜蛋白的磷酸化最初是通過高光強(qiáng)誘導(dǎo)發(fā)現(xiàn)的（高等植物類囊體膜蛋白的磷酸化最初是通過高光強(qiáng)誘導(dǎo)發(fā)現(xiàn)的（bennett 1977），此后的大多數(shù)研究都以光照作為首選環(huán)境條件研究光系統(tǒng)主要功），此后的大多數(shù)研究都以光照作為首選環(huán)境條件研究光系統(tǒng)主要功能性蛋白磷酸化的變化，能性蛋白磷酸化的變化，目前發(fā)現(xiàn)的目前發(fā)現(xiàn)的psii中能夠發(fā)生磷酸化的主要蛋白有中能夠發(fā)生磷酸化的主要蛋白有d1、d2、cp43和和psbh亞基以及捕光色素蛋白復(fù)合物亞基以及捕光色素蛋白復(fù)合物lhcii等。等。隨后又有隨后又有研究發(fā)現(xiàn)包括溫度、研究發(fā)現(xiàn)包括溫度

3、、ph值、鹽離子濃度等其它環(huán)境因子的改變也會(huì)引起不值、鹽離子濃度等其它環(huán)境因子的改變也會(huì)引起不同程度的同程度的psii蛋白的磷酸化。蛋白的磷酸化。高等植物類囊體膜蛋白的可逆磷酸化對環(huán)境是依賴的，表明高等植物的光高等植物類囊體膜蛋白的可逆磷酸化對環(huán)境是依賴的，表明高等植物的光合反應(yīng)機(jī)構(gòu)對周圍環(huán)境具有一定的適應(yīng)和調(diào)節(jié)能力（合反應(yīng)機(jī)構(gòu)對周圍環(huán)境具有一定的適應(yīng)和調(diào)節(jié)能力（aro和和ohad 2003）。）。 水分脅迫作為一種外界環(huán)境誘導(dǎo)因素，會(huì)使植物細(xì)胞因水分脅迫作為一種外界環(huán)境誘導(dǎo)因素，會(huì)使植物細(xì)胞因失水而造成膜結(jié)構(gòu)的破壞，活性氧水平升高，光系統(tǒng)尤失水而造成膜結(jié)構(gòu)的破壞，活性氧水平升高，光系統(tǒng)尤其是

4、光系統(tǒng)其是光系統(tǒng)iiii的功能蛋白穩(wěn)態(tài)水平表達(dá)下降，的功能蛋白穩(wěn)態(tài)水平表達(dá)下降， 光合活性光合活性降低。降低。本試驗(yàn)的目的在于：研究漸進(jìn)水分脅迫（本試驗(yàn)的目的在于：研究漸進(jìn)水分脅迫（peg 6000 peg 6000 處理處理0 0、2424、4848、72h72h）下大麥葉片）下大麥葉片psiipsii主要功能蛋白主要功能蛋白d1d1、d2d2、cp43cp43、lhciilhcii復(fù)合體等的（去）磷酸化水平變化，探討高復(fù)合體等的（去）磷酸化水平變化，探討高等植物光合機(jī)構(gòu)對水分脅迫這一環(huán)境因素的適應(yīng)機(jī)制。等植物光合機(jī)構(gòu)對水分脅迫這一環(huán)境因素的適應(yīng)機(jī)制。研究結(jié)果：研究結(jié)果：光合生理參數(shù)光合生理

5、參數(shù)psiipsii光化學(xué)活性光化學(xué)活性結(jié)論：結(jié)論：水分脅迫引起的大麥光合速率的下降可能與氣孔因素與非氣孔因素都有水分脅迫引起的大麥光合速率的下降可能與氣孔因素與非氣孔因素都有關(guān)；關(guān)；水分脅迫對水分脅迫對psiipsii造成更大的影響，使造成更大的影響，使psiipsii的光化學(xué)活性、量子產(chǎn)率、光的光化學(xué)活性、量子產(chǎn)率、光化學(xué)淬滅能力均顯著降低；化學(xué)淬滅能力均顯著降低；1-1-q qp p參數(shù)的變化反映出質(zhì)體醌氧化狀態(tài)水平的顯著升高，表明隨著水分參數(shù)的變化反映出質(zhì)體醌氧化狀態(tài)水平的顯著升高，表明隨著水分脅迫程度的加深，反應(yīng)中心及捕光色素蛋白的磷酸化水平可能升高；脅迫程度的加深，反應(yīng)中心及捕光色

6、素蛋白的磷酸化水平可能升高；加入磷酸酶的抑制劑加入磷酸酶的抑制劑nafnaf后，所有光和參數(shù)水平均未能恢復(fù)至對照水平，后，所有光和參數(shù)水平均未能恢復(fù)至對照水平，對于對于psiipsii情況尤為如此，說明蛋白的去磷酸化過程對水分脅迫下光系統(tǒng)情況尤為如此，說明蛋白的去磷酸化過程對水分脅迫下光系統(tǒng)的保護(hù)機(jī)制尤為重要，為之后蛋白水平的研究奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。的保護(hù)機(jī)制尤為重要，為之后蛋白水平的研究奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。蛋白水平研究蛋白水平研究psii主要功能蛋白的磷酸化水平研究主要功能蛋白的磷酸化水平研究psii主要功能蛋白的去磷酸化速率研究主要功能蛋白的去磷酸化速率研究d1d1lhcii b1lhcii b1cp

7、43cp43lhcii b4(cp29)lhcii b4(cp29)類囊體分區(qū)研究蛋白遷移類囊體分區(qū)研究蛋白遷移溫和電泳研究溫和電泳研究lhciilhcii單體單體三體變化三體變化各種蛋白酶及磷酸酶在類囊體各區(qū)的分布變化各種蛋白酶及磷酸酶在類囊體各區(qū)的分布變化alexander v. vener (plant physiol. 2000)結(jié)論：結(jié)論：反應(yīng)中心蛋白反應(yīng)中心蛋白didi、d2d2，內(nèi)周天線蛋白，內(nèi)周天線蛋白cp43:cp43:eva-mari aro (j. biol. chem., 1996）alexander v. vener (biochim. biophys. acta.,

8、 2007)水分脅迫下，反應(yīng)中心蛋白通過蛋白去磷酸化速率的水分脅迫下，反應(yīng)中心蛋白通過蛋白去磷酸化速率的加快，加快蛋白降解；加快，加快蛋白降解；單子葉植物大麥類囊體結(jié)構(gòu)可能區(qū)別于雙子葉植物，單子葉植物大麥類囊體結(jié)構(gòu)可能區(qū)別于雙子葉植物，類囊體垛疊區(qū)含量較低，且在基粒區(qū)域仍有一定量蛋類囊體垛疊區(qū)含量較低，且在基粒區(qū)域仍有一定量蛋白酶的分布；白酶的分布；捕光色素蛋白復(fù)合體捕光色素蛋白復(fù)合體lhciilhciieva-mari aro (science, 2003）水分脅迫下，水分脅迫下，lhciilhcii不發(fā)生從不發(fā)生從psiipsii到到psipsi的狀態(tài)遷的狀態(tài)遷移，脅迫初期移，脅迫初期lh

9、ciilhcii三體含量即明顯下降，與中心三體含量即明顯下降，與中心蛋白相同，水分脅迫加快蛋白相同，水分脅迫加快lhcii b1lhcii b1的去磷酸化速的去磷酸化速率。率。小分子的捕光蛋白小分子的捕光蛋白cp29cp29alexander v. vener (febs journal, 2006)正常條件下，小分子捕光蛋白正常條件下，小分子捕光蛋白cp29cp29不發(fā)生明顯的磷酸化，但不發(fā)生明顯的磷酸化，但在脅迫初期，即發(fā)生明顯的磷酸化；在脅迫初期，即發(fā)生明顯的磷酸化；由于脅迫初期質(zhì)體醌的還原水平變化不明顯，因此單子葉植由于脅迫初期質(zhì)體醌的還原水平變化不明顯，因此單子葉植物大麥中物大麥中c

10、p29cp29磷酸化的調(diào)控機(jī)制可能有別于雙子葉植物（磷酸化的調(diào)控機(jī)制可能有別于雙子葉植物（aroaro等，等，20032003）；）；隨著脅迫初期隨著脅迫初期cp29cp29蛋白顯著磷酸化的發(fā)生，蛋白顯著磷酸化的發(fā)生，cp29cp29發(fā)生由類囊發(fā)生由類囊體垛疊區(qū)向非垛疊區(qū)的遷移，且遷移之后蛋白穩(wěn)定存在不發(fā)體垛疊區(qū)向非垛疊區(qū)的遷移，且遷移之后蛋白穩(wěn)定存在不發(fā)生降解。生降解。意義：意義：水分脅迫下，反應(yīng)中心蛋白通過去磷酸化速率的加快，加速蛋白降解，水分脅迫下，反應(yīng)中心蛋白通過去磷酸化速率的加快，加速蛋白降解，利于受損蛋白的周轉(zhuǎn)和反應(yīng)中心的修復(fù)；利于受損蛋白的周轉(zhuǎn)和反應(yīng)中心的修復(fù)；捕光色素蛋白復(fù)合物

11、捕光色素蛋白復(fù)合物lhciilhcii的降解是否與其去磷酸化有關(guān)，目前沒有報(bào)的降解是否與其去磷酸化有關(guān)，目前沒有報(bào)道，但本試驗(yàn)證明，水分脅迫下道，但本試驗(yàn)證明，水分脅迫下lhciilhcii不發(fā)生從不發(fā)生從psiipsii到到psipsi的狀態(tài)遷移，的狀態(tài)遷移，即不發(fā)生光能的重新分配；即不發(fā)生光能的重新分配；小分子捕光蛋白小分子捕光蛋白cp29cp29的磷酸化可能與的磷酸化可能與lhciilhcii與反應(yīng)中心蛋白在與反應(yīng)中心蛋白在psiipsii修復(fù)修復(fù)過程中的分離和連接有關(guān)，也可能與過程中的分離和連接有關(guān)，也可能與lhciilhcii在類囊體膜上的定位有關(guān)，在類囊體膜上的定位有關(guān)，有研究認(rèn)為，有研究認(rèn)為，cp29cp29可能通過可逆磷酸化過程調(diào)節(jié)非輻射能的耗散，從可能通過可逆磷酸化過程調(diào)節(jié)非輻射能的耗散，從而減輕而減輕psiipsii的損傷（的損傷（pursiheimopursiheimo等，等，20012001）。）。本試驗(yàn)的研究意義：本試驗(yàn)的研究意義：首次報(bào)道水分脅迫對植物光系統(tǒng)首次報(bào)道水分脅迫對植物光系統(tǒng)iiii蛋白磷酸化的影響；蛋白磷酸化的影響；首次發(fā)現(xiàn)水分脅迫下單子葉植物中小分子捕光蛋白首次發(fā)現(xiàn)水分脅迫下單