葉綠體是植物進(jìn)行光合作用等一系列重要生命活動的細(xì)胞器，其增殖方式與細(xì)菌類似，均為二元分裂。葉綠體起源于原始的藍(lán)細(xì)菌，現(xiàn)代葉綠體的分裂裝置繼承了部分來自于細(xì)菌的蛋白，并且在進(jìn)化過程中引入了重要的真核起源蛋白。原核起源的FtsZ和真核起源的ARC5分別定位于葉綠體內(nèi)膜內(nèi)側(cè)和外膜外側(cè)，形成分裂環(huán)。FtsZ和ARC5功能的協(xié)調(diào)需要通過跨越內(nèi)膜和外膜的ARC6和PDV2蛋白相互作用。人們對ARC6和PDV2的功能雖然已有了初步研究，但其蛋白精細(xì)結(jié)構(gòu)和互作的生物學(xué)功能還不是十分清楚。
生物學(xué)院高宏波教授研究組與北京化工大學(xué)馮越副教授研究組合作，成功解析了葉綠體膜間隙區(qū)域內(nèi)PDV2-ARC6蛋白復(fù)合體的三維晶體結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果顯示，PDV2朝向膜間隙的C端伸入ARC6蛋白形成的空腔中，就像鑰匙插入鎖中一樣。根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)和體外生化實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，PDV2與ARC6的相互作用進(jìn)一步誘導(dǎo)ARC6形成二聚體，因此推測PDV2在體內(nèi)可以調(diào)控ARC6聚合。在一個新獲得的pdv2突變體植物中，PDV2蛋白的點(diǎn)突變導(dǎo)致了ARC6蛋白二聚化的降低和ARC6環(huán)的異常，進(jìn)而影響了葉綠體的正常分裂，這證明了上述設(shè)想，即PDV2在植物體內(nèi)通過誘導(dǎo)ARC6形成二聚體從而凝聚FtsZ環(huán)。本研究運(yùn)用了結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等技術(shù)，詳細(xì)描述了ARC6和PDV2互作的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，并深入研究了其生物學(xué)功能，這是首次將結(jié)構(gòu)生物學(xué)運(yùn)用到解析葉綠體分裂蛋白功能的研究，為葉綠體分裂機(jī)理研究提供了新認(rèn)識和新思路。
本研究已于近日在植物學(xué)國際頂級期刊、自然出版集團(tuán)（NPG）旗下的新刊《自然-植物》（NaturePlants）以研究長文（article）的形式在線發(fā)表，該刊為此專門發(fā)表評論文章（News and views），給予高度評價。高宏波教授和我院生物基地班畢業(yè)學(xué)生馮越副教授為該研究論文的共同通訊作者，高宏波課題組的研究生李勁宇和孫青青以及馮越課題組的研究生王文賀和于曉宇為共同第一作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項資金的資助。
附：論文鏈接http://www.nature.com/articles/nplants201711
評論鏈接http://www.nature.com/articles/nplants201725
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