水稻叶绿体光形态建成的蛋白质组学研究

叶绿体是植物体内能量转化和生物合成的重要场所。黑暗中生长的水稻黄化苗受光照后，其细胞内的黄化体转化为叶绿体，这种质体分化过程可以看作是植物体异养能量代谢向自养能量代谢的转变，这期间黄化体蛋白质组发生了较大的重组，用以支持依赖于光合作用的自养生长形式。本研究项目拟以水稻质体转绿过程为研究体系，从时间和空间动态发展两方面，准确定位叶绿体发育过程几个关键时期其主要亚细胞器组分（类囊体、基质和被膜）的蛋白质组，阐述质体分化及叶绿体发育过程中，参与成熟叶绿体构建的叶绿体基因组与细胞核基因组的表达产物及其转运和成熟机制，进而为揭示质体分化及其叶绿体发育的调控机制提供更为深入的科学证据。

叶绿体不仅是众所周知的植物光合作用细胞器，而且也是淀粉、脂肪酸和氨基酸生物合成的场所。水稻干物质产量的90%-95%来自光合作用对CO2的固定。目前高产水稻光能利用率也仅1.5%-2.0%。理论上，植物光能利用率可达13.0%-14.0%，水稻理想的光能利用率应达3.0%-5.0%。培育高光效的超高产品种是提高水稻产量的主要途径之一，深入了解水稻光合作用机构的组建和功能发育机制，将会为提高水稻光合作用效率的叶绿体工程提供更加直接的科学依据。.本研究对黑暗中生长14天的水稻黄化苗进行0、1、5和9 h的光照脱黄化处理，对脱黄化过程中水稻幼苗的光合作用、质体超微结构进行研究和分析。实验结果显示，随着照光时间的延长，叶绿素a和叶绿素b的含量不断增加，叶绿素a与叶绿素b的比值则不断降低，直至照光处理96 h后叶绿素a与叶绿素b的比值趋于稳定。用透射电子显微镜观察不同时间照光处理的质体超微结构发现，在水稻黄化苗中，黄化体中心是由管状膜构成的原片层体，照光1小时后，在原片层体的中心开始往外伸展出一些长短不一的膜状结构，并呈放射线状排列，照光5小时后，网格状的原片层体消失，出现单一平行的前类囊体膜。水稻黄化苗照光9小时后，在单一平行的前类囊体膜末端开始出现垛叠。我们用1% n-Dodecyl -β-D-Maltoside增溶水稻幼苗质体内膜，获得含有色素蛋白复合体的质体内膜增溶物。不同照光处理的水稻脱黄化幼苗叶绿体色素蛋白复合体的吸收光谱显示，668 nm处的叶绿素a的吸收峰随着照光处理时间的延长发生了红移。从436 nm激发的质体内膜增溶物的荧光发射谱可以看到，水稻黄化苗质体在630 nm有很强的原叶绿素酸酯的荧光信号，照光处理后的脱黄化幼苗中的630 nm荧光信号迅速下降，在正常条件下生长的水稻幼苗没见到这个630 nm的荧光信号；随着照光处理时间的延长，680 nm处的荧光发射信号则逐渐增强。这些结果表明，水稻黄化体中的原叶绿素酸酯在照光后转变为脱黄化质体中的叶绿素。我们对水稻脱黄化过程中叶绿体蛋白质组的表达情况进行了比较，共鉴定出61个差异表达的蛋白点，共分为9大功能类群，涉及光系统II、电子传递、ATP酶、卡尔文循环、氮同化、核苷酸合成、色素合成和抗氧化。我们的实验结果揭示了水稻质体发育形成叶绿体过程中，其类囊体膜的形成过程及其光合作用机构的组装机制，为揭示质体分化及其