张子山课题组揭示交替氧化酶途径参与光破坏防御新机制
文章作者:        发布时间: 2020-07-24                 浏览次数: 448

交替氧化酶途径(alternative pathway; AP)是植物线粒体中细胞色素氧化酶途径之外的一条非磷酸化电子传递途径,可以缓解强光下叶绿体内的光系统II(PSII)光抑制。之前的研究普遍认为,交替氧化酶途径通过维持苹果酸-草酰乙酸的运转,消耗从叶绿体转运到线粒体的过剩还原力参与PSII光破坏防御。

2020年7月19日,山东农业大学生科院、作物生物学国家重点实验室的张子山团队在The Plant Journal杂志在线发表了一篇题为“Photoprotection by mitochondrial alternative pathway is enhanced at heat but disabled at chilling[1] 的研究论文,通过对比不同温度下拟南芥交替氧化酶途径的光破坏防御作用,提出了交替氧化酶途径通过同时维持光呼吸和苹果酸-草酰乙酸穿梭的运转参与光破坏防御的新模型。



研究表明,交替氧化酶途径的光破坏防御作用在高温下增强,而在低温下消失。交替氧化酶的光破坏防御作用在非光呼吸条件(高二氧化碳或低氧)下被严重抑制,阻断交替氧化酶途径导致线粒体内甘氨酸向丝氨酸的转化受阻。甘氨酸向丝氨酸的转化是光呼吸过程的重要步骤,甘氨酸的积累会导致上游光呼吸代谢受阻,引起叶绿体中有毒的磷酸乙醇酸的积累,加重PSII光抑制。结果表明交替氧化酶途径是通过光呼吸的运转参与光破坏防御的。光呼吸代谢在高温下加速,因此交替氧化酶途径受抑所导致的光呼吸受阻更加严重,而低温下光呼吸被抑制,所以不需要交替氧化酶途径。

研究还发现,苹果酸-草酰乙酸穿梭也参与了交替氧化酶途径的光破坏防御作用,并且也依赖于光呼吸的存在。与传统观点不同,苹果酸-草酰乙酸穿梭不是将还原力从叶绿体运至线粒体,而是运至过氧化物酶体。

本研究将交替氧化酶途径参与光破坏防御的光呼吸模型和苹果酸-草酰乙酸穿梭模型融合,完善了我们对交替氧化酶途径参与光破坏防御的机制的理解。



山东农业大学生科院博士研究生李玉婷是该论文的第一作者,张子山副教授为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金经费资助。


论文连接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.14931