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做大圣娱乐登录:高宏波研究组在叶绿体分裂增殖的研究中取得重要进展

[发布日期:2013-06-18 点击数: ]

叶绿体是植物细胞中光合作用的主要场所,是一种具有双层膜的细胞器。叶绿体分裂是一个复杂的分子和细胞生物学过程,是由一个横跨内膜和外膜的相当于分子机器的蛋白质复合体来完成的。叶绿体分裂是近年来植物学研究领域的一个热点,有不少参与该过程的基因已经被鉴定出来。然而,关于这些基因的表达调控方面的研究却鲜见报道。

在叶绿体的分裂蛋白复合体中,ARC5是一个关键的组分。在ARC5基因突变的植物中,叶绿体增大,数目减少,且常呈哑铃型,说明叶绿体膜的缢缩过程存在缺陷。研究结果显示,ARC5定位于叶绿体分裂位点,分布于外膜上的细胞质一侧,属于发动蛋白家族,是一个GTP酶,可能通过水解GTP产生的作用力促使叶绿体外膜在分裂过程中缢缩。

高宏波教授实验室以模式植物拟南芥为实验材料,通过突变体筛选发现了两个与ARC5基因突变的植物具有类似表型的突变体––cpd25和cpd45。通过精细的遗传作图定位和基因克隆鉴定,发现突变基因CPD25和CPD45均编码转录因子,且同属一个基因家族。在cpd25和cpd45突变体中,ARC5基因的表达水平均显著下降,而组成型地表达ARC5基因则可以恢复这两个突变体的表型,这说明CPD25和CPD45基因均是激活ARC5基因表达的关键基因。研究人员通过凝胶阻滞实验(一种研究蛋白质和DNA相互作用的实验)和对ARC5基因启动子区的定点突变以及报告基因检测等手段,鉴定出了CPD25和CPD45在ARC5基因启动子区的结合位点,并发现了这两个转录因子具有不同的作用机制,其中后一点也被遗传分析实验结果进一步证实。通过双分子荧光互补实验,他们又发现CPD25和CPD45可以在植物细胞核内形成异源二聚体。综合上述结果,研究组提出了一个CPD25和CPD45共同作用调控ARC5基因表达的模型,即CPD25和CPD45以异源二聚体的形式来共同激活ARC5基因的表达,其中CPD25主要起DNA结合作用,而CPD45主要起基因激活作用。该项工作不仅是人们首次对叶绿体分裂基因的表达调控机制进行深入的研究,同时还提出了同一家族的转录因子可以通过结构上的特异性分化来精细调控基因表达这一转录因子家族进化的模型。

上述研究成果于6月5日在植物学领域重要学术期刊The Plant Journal在线发表,ISI 2012年6月公布的该期刊5年影响因子为7.12。这是北京林业大学首次作为第一单位在The Plant Journal上发表原创性成果。博士生高岳芳是该文的第一作者。理科基地班的原婉琼同学也参与了该项研究。该项工作得到国家自然科学基金、北京市自然科学基金和教育部新世纪优秀人才支持计划的资助。
论文链接:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.12240/full

 

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