光合復(fù)合物的正確生成與組裝是實(shí)現(xiàn)光合作用能量高效傳遞和轉(zhuǎn)化的前提。捕光色素蛋白復(fù)合物（LHC）是光合膜蛋白中最豐富的色素蛋白復(fù)合物，是光能吸收與傳遞的載體，在激發(fā)能分配和光保護(hù)等過程也發(fā)揮重要作用。LHC由捕光葉綠素a/b結(jié)合蛋白（LHCP）、葉綠素以及類胡蘿卜素等組成，其中LHCP蛋白由核基因編碼，在細(xì)胞質(zhì)中合成后，通過葉綠體內(nèi)、外被膜轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)葉綠體，繼而穿過葉綠體基質(zhì)運(yùn)輸?shù)筋惸殷w膜。LHCP的生成調(diào)控過程非常復(fù)雜且充滿挑戰(zhàn)，尤為重要的是LHCP是與色素結(jié)合的膜蛋白，而游離的葉綠素及其前體容易造成光氧化損傷，那么色素在葉綠體什么部位以什么方式與LHCP結(jié)合？LHCP的生物發(fā)生與色素生物合成是如何緊密協(xié)調(diào)的？這些都是長(zhǎng)期以來尚未解決的科學(xué)難題。
近日，河南大學(xué)張立新/徐秀美團(tuán)隊(duì)在國(guó)際權(quán)威植物學(xué)期刊The Plant Cell在線發(fā)表了題為LTD coordinates chlorophyll biosynthesis and LIGHT-HARVESTING CHLOROPHYLL A/B-BINDING PROTEIN transport的研究論文，闡明了LTD偶聯(lián)葉綠素合成與LHCP蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制，為深入理解光合膜色素蛋白的生成機(jī)理提供了新的切入點(diǎn)。
團(tuán)隊(duì)前期鑒定到一個(gè)LHCP蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)因子LTD (LHCP translocation defect)。作為L(zhǎng)HCP轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵分選因子，LTD將LHCP蛋白從葉綠體被膜轉(zhuǎn)運(yùn)至基質(zhì)cpSRP分選途徑并最終靶定到類囊體膜（Ouyang et al., 2011）。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)ltd突變體中葉綠素合成中間產(chǎn)物MgPME大量累積，暗示LTD參與葉綠素合成過程。研究表明，LTD與葉綠素合成酶CHLM和CHL27存在相互作用并有助于維持它們的蛋白穩(wěn)定性和酶活性。LTD晶體結(jié)構(gòu)結(jié)合分子對(duì)接結(jié)果顯示LTD不僅結(jié)合LHCP，還結(jié)合CHLM的產(chǎn)物—葉綠素合成中間體MgPME，并將MgPME從CHLM引導(dǎo)至CHL27。新合成的葉綠素在整合到類囊體膜的過程中與LHCP結(jié)合，進(jìn)而組裝成LHC復(fù)合物。另外，研究發(fā)現(xiàn)結(jié)合了LHCP的LTD蛋白能夠更有效地促進(jìn)葉綠素合成。因此，LTD不僅作為L(zhǎng)HCP蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)分選因子發(fā)揮作用，而且在LHCP轉(zhuǎn)運(yùn)的同時(shí)調(diào)節(jié)葉綠素合成，確保有足夠的葉綠素與LHCP組裝，同時(shí)控制游離葉綠素及其前體的含量，實(shí)現(xiàn)LHCP轉(zhuǎn)運(yùn)和葉綠素合成的緊密偶聯(lián)，從而促進(jìn)LHC復(fù)合物生成。
已畢業(yè)博士榮立偉、在讀博士生安俊航和陳歆悅為共同第一作者，徐秀美教授為通訊作者。河南大學(xué)張立新教授、汪欣教授和胡筑兵教授、德國(guó)柏林洪堡大學(xué)Bernhard Grimm教授、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)歐陽敏教授、香港大學(xué)王鵬教授和上海交通大學(xué)陳光玉教授也為本研究提供了寶貴支持和悉心指導(dǎo)。本研究獲得國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、河南省科技廳等項(xiàng)目支持。
https://doi.org/10.1093/plcell/koaf068
來源：作物逆境適應(yīng)與改良國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
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