拟南芥cpSec类囊体囊腔蛋白双转运系统的确立与功能分析

叶绿体功能的实现需要由细胞核基因和自身基因编码的蛋白共同参与完成。cpSec(secretary)是核基因编码的叶绿体蛋白转运到类囊体囊腔的重要途径之一，其中cpSecA和cpSecY是该转运途径中重要的转运蛋白组分。项目申请者在前期的研究中，发现拟南芥cpSecA基因的突变对叶绿体的结构和功能造成严重的破坏，并通过叶绿体到核的逆向信号及叶绿体到线粒体的信号引发叶绿体和线粒体基因的表达发生重排。本项目在前期研究的基础上提出并将证实在高等植物cpSec类囊体囊腔蛋白转运途径中存在双转运系统；通过分子遗传学和分子生物学相结合的方法全面分析参与双转运系统的转运蛋白功能及其转运系统的功能分别缺陷后对叶绿体发育和功能的影响。相信，本研究的立项和开展将充实高等植物cpSec类囊体囊腔蛋白转运理论和为深入阐明叶绿体蛋白转运与叶绿体发育的关系提供重要的科学依据。

cpSec是细胞核基因编码的叶绿体蛋白转运到类囊体腔的重要途径之一。本项目系统研究了参与拟南芥cpSec类囊体腔蛋白双转运途径中重要转运蛋白的功能，结果如下：（1）不同种植物间cpSecY1或cpSecY2的同源性高于同种植物中cpSecY1和cpSecY2的同源性；cpSecY1、cpSecY2的启动子活性和转录本积累在拟南芥组织器官中表现的模式不同。（2）cpSecY1基因突变导致拟南芥的叶片呈黄白色，突变体异养生长正常但对光敏感；cpSecY2基因突变导致拟南芥呈现幼胚致死的表型。（3）cpSecY1基因突变使拟南芥的叶绿体发育异常，类囊体膜片层减少，激发叶绿体到细胞核的逆向信号调控光合相关基因的表达。（4）以cpSecY1基因的突变体和其他叶绿体发育缺陷的突变体为研究材料，发现细胞核编码胁迫响应基因的表达受叶绿体到细胞核逆向信号的调控。（5）AtPGK2是细胞核编码的盐胁迫响应基因，盐胁迫条件下该基因的启动子活性和转录本积累在叶片组织中特异性增强，通过表型、生理和分子水平上研究发现过表达AtPGK2的转基因拟南芥植株耐盐性明显增强。以上研究结果表明，拟南芥cpSec类囊体腔蛋白转运系统分别由cpSecY1和cpSecY2转运蛋白参与的两条转运途径组成，当编码转运蛋白的基因突变后，叶绿体到细胞核的逆向信号对光合相关基因和胁迫响应基因的表达进行双重调控，AtPGK2是拟南芥响应盐胁迫的正调控因子。