拟南芥高叶绿素荧光突变体的筛选及PPT1基因功能研究

摘要

光合作用是植物利用太阳能将水和二氧化碳转变为有机化合物并放出氧气的过程。在高等植物中，光合作用的光能吸收、传递和能量转化过程是在具有一定分子排列及空间构象的色素蛋白复合体及相关的电子载体中完成的。当光合电子传递受阻，所吸收的光能不能有效传递转变成化学能，就以热能：红色荧光的形式散发。我们应用叶绿素荧光成像系统和PAM 2000可调荧光仪，在由pSKl015 T-DNA转化的拟南芥突变库中，筛选与光合作用相关的高叶绿素荧光突变体。 本文对其中一个高叶绿素荧光突变体进行功能刻画：基因克隆和RT-PCR验证表明突变基因是ATPPTl(at5g33320)，基因突变造成编码蛋白磷酸烯醇式丙酮酸/磷酸盐转运蛋白PPT功能缺失。PPT蛋白定位于叶绿体内膜，属于磷酸盐转运蛋白家族成员，其主要功能是将磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)转运到质体内，通过莽草酸途径完成一些重要的初级、次级代谢产物合成。拟南芥pptl突变体具有网络状叶片的表型，组织学及细胞显微学实验表明拟南芥pptl突变体栅栏组织细胞发育不良，叶肉细胞中叶绿体个体小。pptl突变体萌发后需要外加糖源生长真叶说明PPTl蛋白在植株建立光合自养生长的起始阶段具有重要功能。 通过比较不同叶龄叶片光合作用状况，发现光系统Ⅱ最大光化学效率Fv/Fm比值在突变体植株同一莲座中40天叶龄的叶片较20天叶龄的叶片低。荧光衰减动力学反应从Q<,A><'->到Q<,B>的电子传递速率，在突变体中40天叶龄叶片电子受体侧受到的影响大于20天叶龄的叶片，表明随叶龄增加，还原侧电子传递受阻加大。P700氧化还原动力学分析表明在突变体植株中随叶龄增加，叶片光系统I含量下降。 用光合蛋白抗体进行的免疫印记分析表明在40天叶龄的叶片中类囊体膜蛋白的累积量明显低于20天叶龄的叶片。此变化同光系统光化学特性的降低相一致，表明PPT蛋白对维持光系统的活性有一定作用。质体和核基因编码的叶绿体蛋白转录水平分析表明大多数基因在突变体40天叶龄叶片中转录降低。同一莲座不同叶龄叶片蛋白含量的检测表明同野生型相比，突变体中40天叶龄叶片的蛋白含量较20天叶龄叶片降低明显；叶绿素含量测定结果显示，突变体和野生型从萌发后叶绿素含量都呈上升趋势，但40天以后，野生型可维持较长时间不发生含量变化，而在突变体中下降迅速。碳水化合物含量测定表明突变体中糖和淀粉含量均低于野生型，但随叶龄增加，糖含量水平增加较野生型快。糖含量的增加与光合基因转录水平受抑制的现象直接相关。 因此，ATPPT1基因参与光合作用功能的调控，并且ATPPT1基因的表达水平依赖于叶片不同生长发育阶段。我们认为PPT1蛋白对拟南芥叶片的发育过程，特别是叶绿体的发育具有一定调控作用。PPT1蛋白的缺失会引起叶绿体发育受阻，降低叶片的光合作用能力和效率，促使叶片提前进入衰老。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩写词表

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章前言

材料方法

结果

讨论

References

致谢