高温条件下拟南芥DEGP蛋白酶在光系统Ⅱ修复循环中的作用机制

摘要

在叶绿体中，光系统Ⅱ(PSII)是类囊体膜上的一个大的色素蛋白质复合物，利用光能催化水的氧化以及质体醌的还原。PSII的内周和外周蛋白质有20多个。PSII反应中心复合物由D1和D2蛋白质，细胞色素b559的α和β亚基和PsbI蛋白质组成。D1和D2异二聚体结合了PSII中所有参与将电子从水氧化复合物的锰簇转移到质体醌库的关键的氧化还原成分。 对环境胁迫非常敏感是PSII的一个明确的特征，在PSII的蛋白质中受环境胁迫诱导破坏的主要目标是反应中心的D1蛋白质。破坏的蛋白质被降解随后由新合成的蛋白质来替换。这个有效的修复机制对维持PSII处于功能状态是非常重要的，D1蛋白质的周转已经被广泛的研究，但是在蛋白酶对破坏的D1蛋白质的降解的机制还不很清楚。 广泛分布的DEGP蛋白酶在降解破坏了的或者错误折叠的蛋白质中起着重要作用。拟南芥中含有16个DEGP类似的蛋白酶，其中有4个是定位在叶绿体。我们研究发现在类囊体膜腔侧的DEG5和DEG8形成6聚体，重组的DEG8对于模式底物(干酪素)和光破坏了的光系统Ⅱ中的D1蛋白质都有蛋白酶解活性，可以将D1蛋白质剪切成N-末端16kD和C-末端18kD的片段。 为了进一步研究DEG5和DEG8在拟南芥体内的生理功能，我们从SALK拟南芥突变体库中筛选到了它们的T-DNA插入突变体，分别命名为deg5和deg8。对突变体的研究发现，拟南芥中DEG5和DEG8的失活导致对热胁迫的敏感性增强。突变体中破坏的D1蛋白的降解速度比野生型要慢。经检测发现，在高温处理之后，突变体和野生型植株中其它的PSII反应中心蛋白的水平保持相对稳定。因此，DEG5和DEG8对于D1蛋白质的有效周转以及保护免受热胁迫的破坏中是非常重要的。相对于单突变体deg5和deg8，双突变体deg5deg8对热胁迫的敏感性更高，D1的降解速率更低。在光抑制处理之后，野生型植物中可以检测到16kD的N-末端D1降解片段，但是在双突变体中检测不到。 综上所述，我们的结果表明DEG5和DEG8协同作用参与PSII反应中心D1蛋白质在CD-loop上的初级剪切，从而维持热胁迫条件下PSII的有效周转。

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摘要

缩写词

第一章前言

1.叶绿体是光合作用的主要场所

2.光系统Ⅱ(Photosystem Ⅱ-PSII)的结构和功能

2.1主要的PSII蛋白组分简介

3.光抑制的机理及产生因素

4.PSII的修复循环

4.1参与蛋白质降解的蛋白酶的研究

4.2蛋白酶参与PSII的修复循环

5.研究的目的和意义

第二章拟南芥DEG5和DEG8蛋白酶突变体的筛选和功能研究

材料和方法

1.突变体的筛选

2.核酸的提取和分析

3.拟南芥光合作用生理生化测定。

4.多克隆抗体制备

5.DEG5，DEG8蛋白酶体外原核表达及分析

结果

1.DEG1、DEG5和DEG8抗体的制备

2.DEG5和DEG8形成复合物

3.DEG5和DEG8蛋白酶活性

4.DEG8的生理目标

5.拟南芥T-DNA插入突变体deg5，deg8和deg5deg8

6.deg5和deg8突变体的互补

7.突变体的蛋白组分的生物化学特性

8.热胁迫条件下deg5，deg8和deg5 deg8突变体的PSII活性

9.热胁迫条件下PSII蛋白的降解

讨论

1.DEG5和DEG8形成复合物

2.D1是DEG5和DEG8的生理目标

3.DEG5和DEG8参与热胁迫条件下破坏的D1蛋白的降解

参考文献

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致谢