决定叶绿体分裂位点的调控通路相关突变体筛选及其功能研究

叶绿体是光合作用细胞器，属于质体的一种，其数量多少与植物光合能力密切相关。质体通过分裂增殖确保细胞内有足够数量的叶绿体进行光合作用，并保证细胞分裂时子细胞含有一定数量的质体，维持其遗传稳定性。质体分裂装置由四个相对独立的环状结构组成，它们在中部收缩使质体一分为二。这些分裂装置仅在质体中部定位与MinE蛋白相关。MinE表达异常则叶绿体分裂受阻，出现不对称分裂，导致细胞内仅有几个甚至一个大叶绿体。虽然叶绿体分裂分子机制的研究已逾十年，但植物如何调控叶绿体分裂装置的定位、如何控制叶绿体的分裂目前尚不清楚。本课题拟通过筛选决定叶绿体分裂位点的信号通路突变体来解析叶绿体分裂的调控机制。在拟南芥AtMinE基因启动子后加上报告基因监测其活性，通过人工诱变筛选其表达发生变化的突变株，然后研究突变株功能。同时，我们利用其它叶绿体分裂基因构建筛选平台以便获得更多突变体，为剖析叶绿体分裂调控网络奠定基础。

质体（plastid）为内共生起源。叶绿体(chloroplast)是质体的一种，是植物吸收、转换光能的重要细胞器。叶绿体通过分裂增殖使成熟细胞内的叶绿体数量维持在正常水平，并保证细胞分裂时子细胞以及生殖细胞中含有一定数量的质体，维持质体的遗传稳定性。叶绿体与细胞核之间存在信息的双向交流，从细胞核传递到质体的正向传递途径（anterograde signaling pathway），以及叶绿体到细胞核的逆向传递途径（retrograde signaling pathway）。目前认为叶绿体的分裂受阻不会影响细胞的分裂。我们从衣藻中筛选到了一个新的原核起源的叶绿体分裂相关基因PAS1 (Plastid Asymmetric Segregation 1, PAS)，但拟南芥中没有发现该基因的同源物。该基因在大肠杆菌中的表达严重影响了细胞的分裂，产生长丝状细胞；拟南芥原生质体瞬时表达实验显示该蛋白定位于叶绿体。单细胞衣藻中该基因的knockdown和过量表达都产生不对称分裂的叶绿体。尤为重要的是，衣藻叶绿体分裂受阻导致细胞的体积明显大于野生型，生长速率也显著慢于野生型。我们的实验结果表明PAS1在叶绿体的正常二分裂过程中具有重要作用。另外，我们还发现叶绿体的分裂与细胞的分裂之间存在双向的信号传递机制，为进一步探索叶绿体的分裂如何影响细胞周期和生长发育提供了突破口。