The Plant Journal|中国水稻研究所种质创新课题组揭示了水稻主要光合电子传递蛋白OsFdI对水稻生长发育的影响

背景

Fd广泛存在于各种植物、动物及微生物体内参与电子传递。在光合过程中,光系统接受光子,经过各个电子传递蛋白,最终将光能转化为化学能,光合型Fd作为唯一的可溶性电子受体,可将来自光系统I的电子传输到下游各种Fd依赖的代谢过程,涉及碳同化、氮同化、硫同化、叶绿素代谢、光敏色素合成、脂肪酸合成等诸多生物学途径,是光合电子向多种生物学途径分配的中枢元件,对水稻的生长发育至关重要。


文章来源


中国水稻研究所种质创新课题组在The Plant Journal在线发表了题为“Primary Leaf-type FerredoxinI Participates in Photosynthetic Electron Transport and Carbon Assimilation in Rice的研究论文。该研究首次明确并揭示了水稻主要光合电子传递蛋白OsFdI对水稻生长发育的影响,为阐明水稻不同铁氧还蛋白(Ferredoxin,Fd)在调控光合电子向下游代谢途径分配的分子机制奠定了基础。


结果

Fd1参与叶绿体的光合电子传递和功能

为了研究Fd1和FdC2是否参与了水稻光合电子传递,对Fd1和FdC2进行了细胞色素c和NADP+光还原实验。我们发现Fd1和FdC2支持细胞色素c的光还原。然而,FdC2不支持NADP+的光还原,表明FdC2不能向FNR贡献电子来生成NADPH。结果表明,Fd1是水稻主要的光合电子传递蛋白,参与水稻光合碳同化。


图1:Fd1和FdC2蛋白电子传递能力检测

1:Fd1和FdC2蛋白电子传递能力检测

 

为了研究Fd1的亚细胞定位,研究人员在水稻原生质体中表达了Fd1绿色荧光蛋白(GFP)融合蛋白。然后,我们转化空的GFP载体和一个p35S::Fd1的GFP载体,其中包含Fd1的全长cDNA,结果显示Fd1-GFP信号与叶绿体的叶绿素自荧光信号共定位,表明Fd1位于水稻叶绿体中。


图2:水稻原生质体中蛋白的亚细胞定位

2:水稻原生质体中Fd1-GFP蛋白的亚细胞定位


OsFd1功能的破坏导致黄化和幼苗死亡

为了研究OsFd1的功能,我们利用CRISPR/Cas9策略在NPB背景下产生了几个独立的OsFd1突变株系。种子萌发后,fd1突变体均无明显异常。然而,突变体在两叶期逐渐失绿,开始迅速脱水,然后在三叶期死亡。在fd1突变体中OsFd1的表达水平显著低于WT-OsFd1植株。这说明OsFd1对水稻的发育至关重要,OsFd1功能的破坏会导致水稻黄化和幼苗死亡。


图3:OsFd1功能的破坏导致黄化和幼苗死亡

3:OsFd1功能的破坏导致黄化和幼苗死亡

 

结论

该研究明确了FdI是水稻中主要的光合碳同化电子传递蛋白,加深了对Fd参与水稻光合电子传递的分子机制以及Fd对水稻生长发育的影响的理解。为进一步阐明水稻不同Fd在调控光合电子向下游代谢途径分配的分子机制奠定了基础。

 

参考文献:

【1】Andersen, B.,Scheller,H.V.and Møller,B.L.(1992) The PSI‐E subunit of

photosystem I binds ferredoxin:NADP+ oxidoreductase.Febs Letters, 311,

169-173.

【2】Arnon,D.I.(1949)  Copper  enzymes  in  isolated  chloroplasts.

Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiology, 24, 1-15.

【3】Coruzzi, G.M. (2003) Primary N-assimilation into Amino Acids inArabidopsis:

SPIE.

文章来源https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.14904

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The Plant Journal|中国水稻研究所种质创新课题组揭示了水稻主要光合电子传递蛋白OsFdI对水稻生长发育的影响
中国水稻研究所种质创新课题组在The Plant Journal在线发表了题为“Primary Leaf-type FerredoxinI Participates in Photosynthetic Electron Transport and Carbon Assimilation in Rice”的研究论文。该研究首次明确并揭示了水稻主要光合电子传递蛋白OsFdI对水稻生长发育的影响,为阐明
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