THF1调控拟南芥非光化学淬灭的机理研究

在自然条件下,当光系统II（PSII）的捕光天线（LHCII）吸收过多能量时，LHCII能将多余的能量以热的形式耗散，此过程也称之为非光化学淬灭（NPQ）。NPQ在保护光合机构的正常运转过程中发挥着重要作用。近年来，在LHCII的结构和功能研究方面虽然取得了显著的进展，但是关于NPQ的调控机理还有许多不清楚的地方。我们前期的研究结果显示THF1突变导致NPQ增强,而且THF1与PsbS之间存在相互作用，更有意思的是它们能共定位于LHCII三体上,暗示THF1可能是一个调节NPQ的新因子。本项目的主要目的是运用生物化学、遗传学和分子生物学等手段系统地解析拟南芥中THF1通过PsbS调控NPQ的分子机理，以及探讨THF1在LHCII适应光强变化上的作用。相关研究结果将揭示THF1新的生理生化功能，同时也为运用生物技术培育高光效作物提供理论基础。

高等植物的光系统II(PSII)是由PSII核心复合体与外周天线（LHCII）组成的超大分子复合体。PSII-LHCII复合体直接参与状态转换、非光化学淬灭以及反应中心D1蛋白修复等光合作用的基本过程。PSII-LHCII复合体在量与结构方面均随着环境条件而变化，其变化机理一直是光合作用研究领域中的前沿热点问题。高等植物中的THF1，是光合细菌中Psb29的同源产物，其功能与作用机理不清楚。本研究证明了拟南芥中THF1参与叶片衰老与光适应过程中的PSII-LCHII的动态变化。.THF1突变导致叶绿素降解过程受阻，包括病原菌侵染点周围不呈现出黄色的轮廓以及衰老叶片中叶绿素滞留等表型。光系统II相关蛋白含量检测发现组成PSII与LHCII相关亚基在衰老叶片中大量积累，说明PSII-LHCII在thf1中比较稳定。蓝绿温和胶电泳分析表明thf1突变体中检测到由PSII-LHCII超聚复合体组成的巨大复合体，而野生型中则没有；相反，PSII-LHCII超聚复合体的量thf1突变体比野生型要少得多。.为了明确THF1的作用机理，我们使用了蔗糖梯度离心以及Blue-Native PAGE检测了THF1的定位，结果表明THF1与LHCII三聚体共定位。免疫沉淀实验结果也证明，THF1与Lhcb1，Lhcb2和Lhcb3均有相互作用。非常有意思的是相互作用的强度同pH值有关，当pH值为中性时，THF1同Lhcb1，Lhcb2和Lhcb3没有相互作用，当pH值升高或降低时，它们之间的相互作用才能检测到。我们还发现Lhcb4，Lhcb5和Lhcb6也能与THF1相互作用。进一步的研究表明Lhcb2的N端同THF1有相互作用。BiFC的实验体系显示THF1与Lhcb在体内存在相互作用。.为了研究THF1调控叶绿素分解的遗传学基础，我们已经构建了与其他叶绿素降解相关的nyc1和nye1的双突变体。研究结果表明THF1与NYE1和NYC1的关系既有遗传上位性效应又具有互为独立的复杂遗传关系。这个结果与叶绿体中PSII-LHCII存在多种复合体是一致的。本研究结果揭示了PSII-LHCII复合体的解聚是叶绿素降解必需的一个环节。.为了研究THF1调控NPQ的机理，我们构建了thf1与psbs的双突变体，结果发现双突变体的表型和psbs一样，表明THF1调控NPQ是通过PsbS来实现的。同时，