[科研进展] 郁飞教授团队在植物去黄化过程中光系统II积累方面取得进展
近日，我院郁飞教授团队在Plant, Cell & Environment 在线发表了题为“VAR2/AtFtsH2 and EVR2/BCM1/CBD1 synergistically regulate the accumulation of PSII reaction center D1 protein during de-etiolation in Arabidopsis”的研究论文。该论文报道了VAR2/AtFtsH2和EVR2协同调控叶绿体发育，并且在去黄化过程中影响光系统II 反应中心D1 蛋白的积累。
光合作用是地球上最重要的化学反应之一。光系统II的反应中心由色素和蛋白亚基构成，参与电子的原初分离反应。光系统II反应中心复合体不稳定，光下容易受到损伤，其修复与组装过程限制着植物的光能吸收与利用。拟南芥类囊体膜FtsH蛋白复合体被认为是参与光系统II生物发生与修复的蛋白酶系统之一，参与受损伤的光系统II反应中心蛋白D1的降解[1]。拟南芥var2突变体由FtsH复合体中VAR2/AtFtsH2亚基的缺失导致，呈现出独特的“花斑”叶色表型。
通过遗传筛选获得var2“花斑”叶色的增强突变体(EVR，enhancer of variegation)，能够帮助理解类囊体膜FtsH参与的光系统II生物发生与修复过程，以及叶绿体发育的调控机制。该研究鉴定了一个新的var2“花斑”叶色增强突变体evr2-1。图位克隆表明EVR2编码叶绿素合成调控蛋白BCM1/CBD1(Balance of Chlorophyll Metabolism 1/Chlorophyll Biosynthetic Defect 1) [2-3]。高光处理表明EVR2缺失不影响D1蛋白的降解，而VAR2/AtFtsH2缺失影响了D1 蛋白的稳定性。利用构建的去黄化实验体系，发现VAR2/AtFtsH2缺失影响叶绿体的发育与类囊体膜光合作用蛋白的积累。进一步地去黄化实验表明，var2-5 evr2-1 双突变体中D1蛋白积累速率显著下降。此外，与该课题组前期发表的EVR3/EGY1类似，EVR2缺失同样影响到光系统I复合体的聚合，但具体的机制有待进一步的解析[4]。
郁飞课题组围绕植物生长发育的环境适应机理，以拟南芥“花斑”叶色突变体为材料，通过遗传筛选获得“花斑”突变体的遗传修饰基因，探索叶绿体发育的调控机理。西北农林科技大学生命科学学院博士研究生王晓敏为第一作者，齐亚飞副教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委和旱区作物逆境生物学国家重点实验室的资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14368
参考文献
1. Wei Chi, Xuwu Sun, Lixin Zhang. (2012) The roles of chloroplast proteases in the biogenesis and maintenance of photosystem II.Biochim Biophys Acta 1817:239-246.
2. Peng Wang, Andreas S Richter, Julius R W Kleeberg, Stefan Geimer, Bernhard Grimm. (2020) Post-translational coordination of chlorophyll biosynthesis and breakdown by BCMs maintains chlorophyll homeostasis during leaf development. Nat Commun11:1254.
3. Chi Zhang, Bin Zhang, Baicong Mu, Xiaojiang Zheng, Fugeng Zhao, Wenzhi Lan, Aigen Fu, Sheng Luan. (2020) A thylakoid membrane protein functions synergistically with GUN5 in chlorophyll biosynthesis.Plant Commun 1:100094.
4. Yafei Qi, Xiaomin Wang, Pei Lei, Huimin Li, Liru Yan, Jun Zhao, Jingjing Meng, Jingxia Shao, Lijun An, Fei Yu, Xiayan Liu. (2020) The chloroplast metalloproteases VAR2 and EGY1 act synergistically to regulate chloroplast development in Arabidopsis. J Biol Chem 295:1036-1046.
编辑：黄海瀛
终审：王存