叶绿体信号新通路及其生理意义的研究

质体信号是国际上近年来兴起的研究热点。它不仅对叶绿体的光合作用具有重要意义，而且对细胞代谢和发育的其他方面还起关键调节作用。受质体信号调节的基因主要为核编码光合基因，以前的研究也主要集中于此，而关于质体信号对细胞总RNA和抗氧化胁迫能力的调控还未有报道。我们已发现镁原卟啉、血色素和高浓度糖这三种质体信号可以诱导细胞总RNA上升和氧化胁迫响应基因表达。这种诱导主要是通过促进通用转录起始因子CBP。本课题拟选用一系列拟南芥突变体，采用抑制剂掺入、启动子元件突变、染色体共沉淀等方法，研究叶绿素合成前体物质和糖到CBP的信号转导通路，尤其是转录因子AIB4和CBFA在其中的作用。血色素在高等植物中的信号转导作用属于首次报道，将作为该课题研究重点。通过对叶绿体信号通路的研究，可以了解植物是如何适应环境，协调叶绿体和细胞核的基因表达，也为农业育种生产中提高光能利用效率提供理论依据。

质体信号是国际上近年来兴起的研究热点。它不仅对叶绿体的光合作用具有重要意义，而且对细胞代谢和发育的其他方面还起关键调节作用。以下是我们的研究结果：（1）植物体内总RNA的量相对稳定，但通过我们检测，发现当NF处理之后，植物体内镁原卟啉和血红素的积累，以及高浓度的糖处理，都会诱导植物总RNA含量上升，并且时间是在48h之内。这对于植物抵抗氧化胁迫或者强光等外界胁迫都有十分重要的意义。在总RNA积累的过程中，已糖激酶对于糖处理诱导的总RNA上升是必须的。（2）镁原卟啉作为叶绿体信号的信号分子是因为当NF处理之后，镁原卟啉会积累，但这中说法却受到质疑。通过我们的实验，提供了新的支撑证据。荧光定量HPLC和激光共聚焦的实验结果都证明，当Lhcb基因表达受阻时，镁原卟啉会大量累积，因此，NF可同时诱导ROS信号和镁原卟啉信号。（3）质体基因表达被抑制之后，会阻碍细胞核中光合相关基因的表达，但只发生在拟南芥幼苗发育阶段的前2-3天。通过我们的检测，发现当用7%的糖与氯霉素对拟南芥进行协同处理时，能显著降低植物光合基因Lhcb的表达。但在已糖激酶突变体中，即使用糖和氯霉素同时处理，Lhcb基因的表达仍然不受影响。我们证明了己糖激酶与GUN1蛋白的关系，从而说明己糖激酶将糖信号所诱导的叶绿体信号和PEG信号相联系起来。（4）除草剂norflurazon (NF)引发的信号、糖信号和质体基因表达引发信号都参与调控花青素合成，而且花青素合成基因在刚发芽的幼苗中已经表达。糖/PGE信号使花青素的合成在48时翻倍（主要在叶柄部分积累），NF产生的信号是花青素的合成有所提高。质体己糖激酶pHXK与GUN1和ABI4一样，都参与调控糖/PGE信号途径。通过对叶绿体信号通路的研究，可以了解植物是如何适应环境，协调叶绿体和细胞核的基因表达，也为农业育种生产中提高光能利用效率提供理论依据。