拟南芥PDP2（Photosystem I Deficient Protein 2）蛋白参与光系统I生物发生的分子机理研究

Photosystem I is one of the most important and complex pigment-protein assemblies that converts solar energy into chemical energy. Its subunits and cofactors are encoded both by the nuclear and the chloroplast genes. The biogenesis of PSI requires an intricate coordination of gene expression and intensive communication between the chloroplast and the nuclear. Furthermore, PSI assembly process is very rapid and needs many auxiliary proteins involved in cofactors insertion and the establishment of protein-protein interactions. However, the molecular mechanism of PSI biogenesis is far from understood. Identification of novel factors for PSI biogenesis by screening for Arabidopsis PSI functional deficient mutants will provide a deeper understanding of the molecular mechanism for PSI biogenesis. To gain insight into the molecular mechanism for PSI biogenesis, we have screened for Arabidopsis PSI deficient mutants by spetroscopy method and set up an efficient research method system. This project is to study pdp2(PSI deficient mutant 2, pdp2) mutant which specifically lacks PSI activity and can not grow photoautotrophically. We aims to investigate the molecular mechanism of PDP2 involved in the biogenesis and function of PSI by using plant physiology, molecular biology and biochemical methods.

光系统I（photosystem I, PSI）是光能转化为太阳能的最重要的复合物之一，也是自然界中结构最复杂的色素蛋白复合物。其结构成分由细胞核基因和叶绿体基因共同编码，生物发生过程又非常迅速，需要细胞内诸多因子的精细调控。但是目前对于PSI的具体生物发生过程以及详细的分子机理还很不清楚。因此鉴定PSI合成的调控因子对于研究其生物发生和功能具有重要意义。我们以拟南芥为材料，通过光谱学的方法筛选到了一些PSI功能缺陷突变体，并建立了系统的研究体系。本项目将对已经筛选到的PSI功能缺陷突变体pdp2进行深入研究。初步实验结果表明该突变体不能自养，PDP2特异地影响PSI的积累，我们将综合利用植物生理学、生物化学、以及分子生物学等方法分析PDP2影响PSI生物发生的具体步骤，发现与其相互作用的蛋白，揭示PDP2影响PSI生物发生和功能的分子机理。

光系统I（photosystem I, PSI）是光能转化为太阳能的最重要的复合物之一，也是自然界中结构最复杂的色素蛋白复合物。其结构成分由细胞核基因和叶绿体基因共同编码，生物发生过程又非常迅速，需要细胞内诸多因子的精细调控。但是目前对于PSI的具体生物发生过程以及详细的分子机理还很不清楚。因此鉴定PSI合成的调控因子对于研究其生物发生和功能具有重要意义。我们以拟南芥为材料，通过光谱学的方法筛选到了一些PSI功能缺陷突变体，并建立了系统的研究体系。本项目对已经筛选到的PSI功能缺陷突变体pdp2进行了深入研究。实验结果表明该突变体不能自养，PDP2特异地影响PSI的积累，我们综合利用植物生理学、生物化学、以及分子生物学等方法分析了PDP2影响PSI生物发生的具体步骤，发现突变体的PSI组装过程停留在组装过程的第一步，即PsaA 和PsaB形成异源二聚体之后。体内和体外实验证据都表明PDP2与关键亚基PsaC有相互作用。提示PDP2是PsaC组装的关键组装因子。PDP2表达水平降低的转基因植株其PSI的功能和稳定性更容易受到高光抑制，表明PDP2也是高光条件下PSI的稳定因子。综合所有结果，PDP2蛋白是PSI生物发生过程中PsaC组装的关键组装因子；同时高光条件下，PDP2蛋白还是PSI复合物的稳定因子。PsaC是由叶绿体基因编码的参与PSI电子传递的铁硫蛋白，发现其组装的关键调控因子对于揭示PSI生物发生的分子机理具有重要意义。