光下小麦抗氰交替途径作为光合作用与呼吸作用协同节点的分子机制

呼吸作用与光合作用是作物最重要的两条代谢途径，决定着作物的生长发育进程，但它们在作物的生长发育过程中如何协同作用一直是一个未解之谜。其谜底的揭示对作物生理学理论研究具有重要意义。前期我们在小麦、水稻中发现抗氰交替途径的运行有可能是小麦呼吸与光合作用相互协同的重要机制。基于此，本项目拟以小麦从黑暗下萌发，通过光照下的生长、发育、最终变为正常光合作用叶片这一生理过程为切入点，通过研究光照下抗氰交替途径运行、交替氧化酶表达以及它们与光合作用、物质运输、生长、发育等生理学过程的相关性，来阐明抗氰交替途径作为呼吸和光合作用之间、叶绿体和线粒体之间协同节点的分子机制以及光合与呼吸协同调控小麦发育和生长的内在机制。相信本项目的开展不仅可使人们更深刻理解在作物生长发育过程中两大代谢系统之间的协同关系与分子机制，丰富作物生理学的相关理论，也为提高作物产量奠定理论基础。

呼吸作用与光合作用是作物最重要的两条代谢途径，决定着作物的生长发育进程，但它们在作物的生长发育过程中如何协同作用一直是一个未解之谜。其谜底的揭示对作物生理学理论研究具有重要意义。前期我们在小麦、水稻中发现抗氰交替途径的运行有可能是植物呼吸与光合作用相互协同的重要机制。基于此，本项目拟从黑暗下萌发，通过光照下的生长、发育、最终变为正常光合作用叶片这一生理过程为切入点，通过研究光照下植物抗氰交替途径运行、交替氧化酶表达以及它们与光合作用、物质运输、生长、发育等生理学过程的相关性，来阐明抗氰交替途径作为呼吸和光合作用之间、叶绿体和线粒体之间协同节点的分子机制以及光合与呼吸协同调控植物生长发育的内在机制。实验结果显示：①抗氰呼吸占总呼吸的比例在不同的光照周期下和光合作用有着正相关的变化；②交替呼吸途径可调节植物光合作用的运行；③抗氰交替途径可影响叶绿素的合成或者降解速率；④抗氰交替途径可维持叶绿体结构的完整性；⑤过氧化氢分子可能作为信号分子参与光合作用和呼吸作用协同运行调控；⑥抗氰交替途径的运行能保护叶绿体避免受强光损伤；⑦抗氰呼吸基因家族不同成员在黄化幼苗转绿过程中的作用不同，其中aox1a和aox1c可能起到重要作用。以上结果表明光合作用和呼吸作用以及抗氰呼吸作用可能存在某种协同作用机制。本项目的研究结果可使人们更深刻理解在作物生长发育过程中两大代谢系统之间的协同关系与分子机制，丰富作物生理学的相关理论，为提高作物产量奠定理论基础。