自然界中植物接受的光照強度時刻發生變化，過高或者過低的光強都會影響植物的光合作用效率，因此植物的光適應機制一直是光合作用研究領域的核心問題之一。大量研究表明，葉綠體內活性氧分子（ROS）的清除系統可能是決定植物光適應能力的關鍵因素。理論上，ROS除了對光合膜造成直接破壞外，還有可能通過氧化光合膜上的脂類分子，產生活性羰基類化合物RCS（Reactive Carbonyl Species）對光合膜造成「二次傷害」。與ROS相比，RCS介導的蛋白修飾對目標蛋白造成的破壞更為強烈，但是植物如何有效清除葉綠體內的RCS分子，避免對光合膜的「二次傷害」的分子機制仍然不清除。
重點實驗室遲偉研究組研究發現了一個新的葉綠體羰基清除蛋白，並探討了其調控高等植物光適應過程的分子機制。研究人員前期通過生物信息學方法結合反向遺傳學分離到一個定位於葉綠體的蛋白HLT1，該蛋白含有NADPH結合域和保守的羰基還原酶結構域。在水稻和擬南芥中敲除HLT1基因導致葉片內積累大量的4-羥基壬烯醛（HNE），且HNE修飾蛋白含量也大幅提高。突變體表現出明顯的高光敏感表型，且生長遲滯、生物量降低、單株產量下降；而過表達株系則表現出抗高光抑制、抗逆、生物量和產量顯著提高的表型，證明HLT1蛋白在水稻和擬南芥高光適應中起了重要的調控作用。研究人員進一步對光系統複合物分析發現HLT1蛋白缺失導致高光下光系統II（PSII）從單體向二體的修復組裝受阻，推測其參與高光下PSII的組裝修復過程。此外，通過體內、體外實驗分析發現PSII核心蛋白D1蛋白的C端被HNE特異修飾，D1蛋白的HNE修飾可能是阻止PSII高光下的組裝修復的主要原因。這項工作深入解析了一種新的翻譯後修飾調控高等植物光適應的分子機理，為植物光保護機理提供了新的理論依據，為水稻等農作物的高光效改良提供了重要的基因資源。
該研究論文於8月7日在線發表於New Phytologist。重點實驗室季代麗副研究員為該論文的第一作者，遲偉研究員為論文通訊作者，黑龍江農業科學院王麒研究團隊、中國科學院遺傳與發育生物學研究所汪迎春研究團隊以及德國慕尼黑大學Jörg Meurer教授也參與了此項工作。研究得到了國家重點研發計劃、中國科學院先導專項、黑龍江省百千萬工程重大專項、德國科學基金DFG資助。
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http://doi.org/10.1111/nph.19156
HLT1蛋白調控PSII 高光下修復組裝模式
