伴侣蛋白Cpn60调节水稻光合碳同化机制研究

Molecular chaperone is any protein that interacts with and aids in the folding or assembly of another protein without being part of its final structure. It has been known that play very important role in maintenance of proteome integrity and protein homeostasis in microbe and human. Their functions are little recognized in plant although they exist extensively in plant kingdom. The special materials developed in our laboratory are used to study the parameters of photosynthetic carbon assimilation, such as, carboxylation efficieny and maximum carboxylation rate, the interaction among Cpn 60, ribulose-1,5-bisphosphatecarboxylase/oxygenase (Rubisco) activase (RCA) and Rubisco. The researches also involves into the function in stress resistance of the different lines and the quantitive relationship between Cpn 60 subunit and RCA. Our aim is to uncover the regulation mechanism of Cpn 60 to photosynthetic carbon assimilation, to dig plant gene source and develop new germplasm.

分子伴侣是一类与其他蛋白互作，帮助其他蛋白折叠和组装形成有天然功能的蛋白，其自身不是功能蛋白的结构组成的蛋白。微生物和人类中的研究，揭示它有多方面的重要重要作用。它虽广泛存在于植物中，但对其的功能研究仅有一些零星的报告。本研究利用实验室已有的分子伴侣（Cpn60）突变体和超表达等材料，研究Cpn 60突变株系光合碳同化参数，如羧化效率和最大羧化速率；Cpn 60与核酮糖1，5二磷酸羧化酶/加氧酶活化酶及核酮糖1，5二磷酸羧化酶/加氧酶互作关系, Cpn60在水稻抗逆性中调节碳同化的作用, Cpn60与RCA不同表达水平对两者互作影响；这对阐明Cpn60调节光合碳同化机制，挖掘植物基因资源，培育新种质具重要意义。

伴侣蛋白在植物蛋白结构正确折叠和功能恢复中发挥重要功能，它从多方面调节植物发育和代谢过程。我们前期的研究发现，它对光光作用的调节不只是传统的对Rubisco的装配。为了探索它对光合碳同化的影响，我们成功创制了伴侣蛋白（CPN）两种亚基基因的水稻超表达株系和一种敲除株系，进行农艺性状和光合荧光相关参数的测定分析，蛋白定位、互作蛋白和转录组分析。表明CPN601株系生长与野生型相近，CPN601株系在前期生长较慢，分蘖期后株高迅速增长，最终显著高于野生型，两株系产量性状优于野生型。分蘖盛期两株系最大光合速率和羧化效率，PSI和PSII的量子产率和电子传递速率都比对照高。高温下RCAL与分子伴侣CPN60β1存在互作，超表达CPN60β1的转基因水稻提高了热适应性。明确了OsCPN60β1在水稻各器官表达差异很大，以叶片中最高，定位在叶绿体中。利用CRISPR/Cas9技术获得多个OsCpn60β1突变体,表明纯合突变苗期致死,表现为叶绿体发育异常，光系统活力丧失，光合重要基因表达下降。CPN60β1互作的一些蛋白可能通过光合复合体组分和叶绿体核糖体蛋白的缺失，影响叶绿体发育。因此，CPN60对光合碳同化的作用机制是多方面的，这对改善植物光合作用和产量具有一定理论和应用价值。