论文部分内容阅读
光合作用是所有陆生植物和许多水生藻类的生存之本,并维持地球大气的碳-氧平衡。植物调控光合作用的分子机理非常复杂,其中GLKs(GOLDEN2-LIKE)是一类已知的关键转录因子,参与叶绿体的发育与光合作用相关基因的表达调控。但是,GLKs本身受哪些基因或蛋白调控目前还知之甚少。本实验室前期从水稻诱变库中获得一个光合能力显著提高的突变体ips1(improve photosynthesis 1),并通过图位克隆技术分离到了IPS1基因,其编码一个未知功能的蛋白,经酵母双杂交文库筛选,发现IPS1与水稻GLK1、GLK2蛋白互作,因此为GLKs调控光合作用的分子机理研究开启了一条新的途径。本研究在此基础上,通过对IPS1与GLKs的互作调控机制展开研究,解析IPS1如何影响GLKs的转录水平和蛋白水平,主要研究结果如下:1.利用双分子荧光互补(Bi FC)技术和免疫共沉淀(Co-IP)技术在植物体内证实IPS1与GLKs存在蛋白互作,且确定互作需要依赖GLKs的GCT-box结构域。2.通过荧光素酶测定系统证明IPS1能够抑制GLKs对其靶基因(Lhca1、Lhcb2、Chl27、PsaD)的转录激活,且该抑制作用是依赖IPS1与GLKs的GCT-box结构域的互作,而GLKs对其靶基因的转录活性则依赖于DNA结合结构域。3.构建了pActin::3×flag:GLK1转基因水稻,经Ch IP-qPCR实验表明GLK1能结合光系统蛋白编码基因Lhcb2和叶绿素合成酶基因Chl27的启动子;通过凝胶迁移阻滞(EMSA)的体外实验,进一步证明原核表达的GLK1蛋白能分别与Lhcb2、Chl27基因启动子的DNA片段结合。4.在GLK1蛋白与Lhcb2启动子DNA片段的EMSA实验中,加入原核表达的IPS1蛋白并不抑制或促进GLK1蛋白与探针的结合,说明IPS1不影响GLK1蛋白对其靶基因启动子的结合能力。综上所述,野生型水稻材料中,IPS1与GLKs的GCT-box结构域互作,抑制了GLKs激活下游光合系统相关基因(Lhca1、Lhcb2、Chl27、PsaD)的表达,进而抑制叶绿体发育,降低水稻光合作用和产量;ips1缺失功能突变体中,GLKs与光合相关基因(Lhca1、Lhcb2、Chl27、PsaD)的启动子结合,上调光合相关基因的表达,进而促进叶绿体发育,提高水稻光合作用和产量。