小立碗藓光系统Ⅱ功能蛋白对逆境胁迫响应的研究

Moss as a transition plants capable of living in both aquatic habitat and terrestrial habitat, and also as the most primitive group of higher plants. Physcomitrella patens is the typical representative of moss for its small genome, high frequency of homologous recombination and is easy to obtain mutant, making it as an excellent material for adversity photosynthetic physiological study. Photosynthetic organs are sensitive in response to stresses, and photosynthetic protein is the foundation of photosynthesis and is the most sensitive part of photosynthetic apparatus to environmental stresses. Although some studies reported the response to abiotic stresses of photosynthetic system II (PSII) in higher plants, but less attention has been paid to the adaptation mechanisms of P.patens photosystem II protein when exposed to abiotic stresses. This study will focus on the content, distribution, structure, migration/transformation, phosphorylation/ de-phosphorylation mechanism of photosystem II antenna proteins (inner peripheral antenna proteins and peripheral antenna proteins) of P.patens in response to abiotic stresses, particularly in response to drought and cold conditions. The study may provide new insights into how P.patens adapt to stresses by coordinating photosynthetic efficiency.

苔藓植物是水生到陆生的过渡类群，也是高等植物中最原始的类群。小立碗藓是苔藓植物中的典型代表，其基因组小，同源重组率高，容易获得突变体，因而是研究光合逆境生理的良好材料。光合器官是植物应答各种胁迫应激的敏感部位之一，而光系统蛋白体系是光合作用的基础，也是光合机构中对环境胁迫反应最灵敏的部分。虽然目前已有不少研究报道了高等植物中光系统II蛋白对环境胁迫的应答，但关于原始类群中的小立碗藓光系统II主要蛋白复合体的结构功能与其应对非生物胁迫的适应机制的报道较少。本研究拟探讨逆境条件下小立碗藓光系统II天线蛋白（内周天线蛋白和外周天线蛋白）的结构、含量、分布、迁移、磷酸化、去磷酸化机理及其与植物应对非生物胁迫（主要是水分和低温胁迫）之间的关系。该研究将丰富植物逆境光合作用相关的生理、生化机制，并为植物抗逆性的增强和光合效率的提高提供新的理论依据和实践指导。

苔藓植物是水生到陆生的过渡类群，也是高等植物中最原始的类群。小立碗藓是苔藓植物中的典型代表，其基因组小，同源重组率高，容易获得突变体，因而是研究光合逆境生理的良好材料。光合器官是植物应答各种胁迫应激的敏感部位之一，而光系统蛋白体系是光合作用的基础，也是光合机构中对环境胁迫反应最灵敏的部分。虽然目前已有不少研究报道了高等植物中光系统II蛋白对环境胁迫的应答，但关于原始类群中的小立碗藓光系统II主要蛋白复合体的结构功能与其应对非生物胁迫的适应机制的报道较少。本项目主要研究逆境条件下小立碗藓光系统II天线蛋白（内周天线蛋白和外周天线蛋白）的结构、含量、分布、迁移、磷酸化、去磷酸化机理及其与植物应对非生物胁迫（主要是水分和低温胁迫）之间的关系。实验结果表明：小立碗藓微量天线蛋白CP24或CP26，可能与植株的离子吸收、植株发育、假根生长和细胞伸长等相关，其缺失会造成植株的发育缺陷；CP24或CP26可能影响了相关天线蛋白的表达，有维持叶绿体类囊体片层结构排列和类囊体膜蛋白结构稳定性的作用；CP24或CP26能影响光系统中电子传递速率、PSII活性以及光合作用效率。该研究将丰富植物逆境光合作用相关的生理、生化机制，并为植物抗逆性的增强和光合效率的提高提供新的理论依据和实践指导。