葉綠體是植物細(xì)胞中光合作用的主要場(chǎng)所，是一種具有雙層膜的細(xì)胞器。葉綠體分裂是一個(gè)復(fù)雜的分子和細(xì)胞生物學(xué)過(guò)程，是由一個(gè)橫跨內(nèi)膜和外膜的相當(dāng)于分子機(jī)器的蛋白質(zhì)復(fù)合體來(lái)完成的。葉綠體分裂是近年來(lái)植物學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，有不少參與該過(guò)程的基因已經(jīng)被鑒定出來(lái)。然而，關(guān)于這些基因的表達(dá)調(diào)控方面的研究卻鮮見(jiàn)報(bào)道。
在葉綠體的分裂蛋白復(fù)合體中，ARC5是一個(gè)關(guān)鍵的組分。在ARC5基因突變的植物中，葉綠體增大，數(shù)目減少，且常呈啞鈴型，說(shuō)明葉綠體膜的縊縮過(guò)程存在缺陷。研究結(jié)果顯示，ARC5定位于葉綠體分裂位點(diǎn)，分布于外膜上的細(xì)胞質(zhì)一側(cè)，屬于發(fā)動(dòng)蛋白家族，是一個(gè)GTP酶，可能通過(guò)水解GTP產(chǎn)生的作用力促使葉綠體外膜在分裂過(guò)程中縊縮。
高宏波教授實(shí)驗(yàn)室以模式植物擬南芥為實(shí)驗(yàn)材料，通過(guò)突變體篩選發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)與ARC5基因突變的植物具有類(lèi)似表型的突變體––cpd25和cpd45。通過(guò)精細(xì)的遺傳作圖定位和基因克隆鑒定，發(fā)現(xiàn)突變基因CPD25和CPD45均編碼轉(zhuǎn)錄因子，且同屬一個(gè)基因家族。在cpd25和cpd45突變體中，ARC5基因的表達(dá)水平均顯著下降，而組成型地表達(dá)ARC5基因則可以恢復(fù)這兩個(gè)突變體的表型，這說(shuō)明CPD25和CPD45基因均是激活A(yù)RC5基因表達(dá)的關(guān)鍵基因。研究人員通過(guò)凝膠阻滯實(shí)驗(yàn)（一種研究蛋白質(zhì)和DNA相互作用的實(shí)驗(yàn)）和對(duì)ARC5基因啟動(dòng)子區(qū)的定點(diǎn)突變以及報(bào)告基因檢測(cè)等手段，鑒定出了CPD25和CPD45在ARC5基因啟動(dòng)子區(qū)的結(jié)合位點(diǎn)，并發(fā)現(xiàn)了這兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子具有不同的作用機(jī)制，其中后一點(diǎn)也被遺傳分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)。通過(guò)雙分子熒光互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)，他們又發(fā)現(xiàn)CPD25和CPD45可以在植物細(xì)胞核內(nèi)形成異源二聚體。綜合上述結(jié)果，研究組提出了一個(gè)CPD25和CPD45共同作用調(diào)控ARC5基因表達(dá)的模型，即CPD25和CPD45以異源二聚體的形式來(lái)共同激活A(yù)RC5基因的表達(dá)，其中CPD25主要起DNA結(jié)合作用，而CPD45主要起基因激活作用。該項(xiàng)工作不僅是人們首次對(duì)葉綠體分裂基因的表達(dá)調(diào)控機(jī)制進(jìn)行深入的研究，同時(shí)還提出了同一家族的轉(zhuǎn)錄因子可以通過(guò)結(jié)構(gòu)上的特異性分化來(lái)精細(xì)調(diào)控基因表達(dá)這一轉(zhuǎn)錄因子家族進(jìn)化的模型。
上述研究成果于6月5日在植物學(xué)領(lǐng)域重要學(xué)術(shù)期刊The Plant Journal在線發(fā)表，ISI 2012年6月公布的該期刊5年影響因子為7.12。這是北京林業(yè)大學(xué)首次作為第一單位在The Plant Journal上發(fā)表原創(chuàng)性成果。博士生高岳芳是該文的第一作者。理科基地班的原婉瓊同學(xué)也參與了該項(xiàng)研究。該項(xiàng)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金和教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃的資助。
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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.12240/full
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