一个含LrgB结构域的叶绿体外被膜蛋白调控植物叶片发育的机制研究

真核细胞线粒体外膜上的Bax/Bcl-2体系，细菌质膜上的CidAB/LrgAB体系，都是高度疏水的膜通透性调节蛋白，分别通过控制细胞色素c和胞壁质水解酶的释放来调节细胞的凋亡和死亡。植物叶绿体外被膜(envelope membrane)上存在CidAB/LrgAB的同源蛋白，但它们的功能和作用机制还不清楚。我们发现，拟南芥AtLrgB基因突变和过量表达会引起叶绿体发育、碳同化物分配和叶片衰老进程的异常。本项目进一步研究三个问题：一是AtLrgB蛋白在叶绿体外被膜上究竟控制了哪个因子的释放？二是AtLrgB基因和已知的叶绿体发育和质体信号转导基因的遗传学相互关系如何？三是植物LrgB同源基因的功能是否保守？拟通过双突变体制作、生理生化测定、抑制突变制作和图位克隆等方法，建立AtLrgB蛋白调控叶绿体外被膜通透性和叶片发育的工作模型和进化规律。对叶绿体发育和进化研究具有重要的理论和实践意义。

程序性细胞死亡（PCD）是由基因控制的细胞自杀行为，在动物、植物和真菌的生理和发育中扮演着非常重要的角色。动物细胞PCD的分类和机制比较明确，主要包括细胞凋亡，细胞自噬和（基因控制的）细胞坏死三个类型。植物细胞PCD的分类、机制和进化存在争议，有一个原因是植物线粒体外膜上没有BCL2/BAX膜通透性调控蛋白，但植物基因组编码了BI-1, DAD1和 Beclin 1等绝大部分PCD相关蛋白。我们在拟南芥(Arabidopsis thaliana)叶绿体被膜上发现了细菌LrgAB的同源蛋白，将其命名为AtLrgB；通过生物信息学分析，发现它是由细菌lrga和lrgb的基因融合进化而来；通过反向遗传学和生理生化分析，发现该蛋白参与植物叶绿体发育、碳同化物分配和PCD的调控，论文发表在New Phytologist上。过去，很多人认为，细菌是单细胞生物，没有PCD。但是，细菌在很多情况下是以菌膜的形式集体生活的，应该有PCD。近年来，国外一些微生物学家发现了LrgAB蛋白在菌膜发育和细菌PCD调控中的重要作用。我们分析了从绿藻、苔藓、蕨类到维管束植物的LrgB同源基因，并将它们和细菌、真菌和茸鞭生物的LrgB基因想比较。考虑到内共生学说，叶绿体是有内共生进化而来，我们与国外科学家合作，提出了关于细菌、植物和动物PCD的一个统一模型，指出了叶绿体在植物PCD中的重要作用，观点论文发表在Trends in Plant Science上（国内第一单位）。