Rubisco活化酶大小同工型與水稻光合作用的關(guān)系研究.pdf

1、高溫脅迫是抑制植物光合作用，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)的主要非生物因子之一。雖然植物光合作用本身具有一定的熱適應(yīng)能力，但其作用機(jī)制還不清楚。目前已有研究表明中度高溫脅迫下光合對(duì)高溫的適應(yīng)與Rubisco活化酶(RCA)介導(dǎo)的Rubisco的活化有關(guān)。為了進(jìn)一步研究高溫下RCA在調(diào)節(jié)Rubisco和光合作用中的作用，我們建立了一套對(duì)RCA大同工型(RCAL)和小同工型(RCAs)精確定量的新方法，并研究了水稻光合熱適應(yīng)過(guò)程中RCA在調(diào)節(jié)Rubisco

2、和光合作用中的作用，以及RCA大小同工型超表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株的耐熱性差異，主要結(jié)果摘要如下：
　　 利用RCA大小同工型蛋白序列的差異設(shè)計(jì)引物，對(duì)RCAL蛋白羧基端的特異序列和兩個(gè)同工型的共同序列進(jìn)行原核表達(dá)。然后利用這兩個(gè)表達(dá)的融合蛋白作為免疫原制備了單獨(dú)識(shí)別RCAL和共同識(shí)別兩個(gè)同工型的特異性抗體?；谶@兩個(gè)抗體我們建立了一套對(duì)RCA同工型進(jìn)行精確定量的酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)定量分析方法。這種方法對(duì)于研究RCA大小同工型

3、蛋白的積累具有靈敏和高通量的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，利用Rubisco和RCA的抗體我們還建立了一種檢測(cè)Rubisco-RCA復(fù)合物數(shù)量的雙抗體夾心ELISA法。該方法為研究Rubisco與RCA間的相互作用提供了一個(gè)新手段。
　　 利用以上抗體對(duì)不同葉位的RCA同工型定量分析表明，水稻RCA中RCAs的數(shù)量約是大同工型的6倍以上，且在葉片衰老過(guò)程中RCAL在總RCA中所占的比例逐漸降低。mRNA分析表明，RCAL比例的下降與轉(zhuǎn)錄水平的改變

4、無(wú)關(guān)。相關(guān)分析表明Pn與Rubisco初始活力具最高的相關(guān)性，而Rubisco初始活力與RCA總量、RCAL和RCAs含量均具有極顯著的相關(guān)性，表明RCAs在體內(nèi)主要起活化Rubisco的作用，而RCAL可能起調(diào)節(jié)作用。
　　 在水稻的光合熱適應(yīng)研究中，我們發(fā)現(xiàn)光合的熱適應(yīng)與高溫下Rubisco初始活力的變化密切相關(guān)，RCAs在調(diào)節(jié)Rubisco初始活力中發(fā)揮了重要作用。蛋白水平和mRNA水平的分析表明，RCAs含量的恢復(fù)不是其

5、mRNA的積累引起的，但RCAL的熱誘導(dǎo)上升與其mRNA的積累相關(guān)，高溫可能改變了RCA選擇性剪接。與此同時(shí)，我們還檢測(cè)到熱適應(yīng)的植株中Rubisco-RCA復(fù)合物的數(shù)量顯著增加，并且該復(fù)合物中RCAL所占的比例在熱適應(yīng)過(guò)程中顯著增加。因此我們推測(cè)，高溫下RCAL表達(dá)的上調(diào)可能有助于高溫下RCAs催化功能的恢復(fù)，從而彌補(bǔ)由于RCAs的熱不穩(wěn)定導(dǎo)致的Rubisco快速失活，提高光合作用的熱適應(yīng)能力。
　　 我們通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)法獲得

6、了RCA大小同工型超表達(dá)的轉(zhuǎn)基因植株，并進(jìn)一步研究了RCAL超表達(dá)植株的光合耐受性。通過(guò)比較不同溫度下不同轉(zhuǎn)基因植株的光合和Rubisco活性，我們證明了水稻體內(nèi)RCAs主要起催化Rubisco活化的作用，而RCAL型能提高光合熱穩(wěn)定性。RCA與Rubisco的結(jié)合物分析表明，RCAL超表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株的高耐熱性與復(fù)合物中RCAL的比例增多有關(guān)，其機(jī)制可能是大同工型起到了維護(hù)RCAs熱穩(wěn)定性的作用。
　　 總之，我們的研究表明，水