线粒体AOX呼吸途径缓解叶绿体PSII光抑制的新机制
发布时间:2016-12-13                 浏览次数:

        2016年10月13日,高辉远课题组在《Molecular Plant》上在线发表题为 “Contributionof the alternative respiratory pathway to PSII photoprotection in C3 and C4plants”的研究文章。该研究修正了前人对线粒体AOX呼吸途径对植物光破坏防御机制的理解,揭示了AOX呼吸途径通过消耗线粒体中过剩的NADH维持光呼吸的正常运转,从而避免叶绿体中有毒的光呼吸中间代谢物磷酸乙醇酸的积累,同时缓解叶绿体中的过还原,最终缓解PSII光抑制。

        AOX途径是线粒体中除细胞色素氧化酶途径外另一条呼吸途径,它不介导跨膜质子梯度的产生,因此不受跨膜质子梯度和ADP可用性的限制,可以快速消耗还原力(NADH)。之前流行的AOX途径参与PSII光保护的假说是:AOX途径可以消耗通过苹果酸-草酰乙酸穿梭从叶绿体转运到线粒体的还原力,从而缓解叶绿体中的过还原,最终缓解PSII光抑制。而本研究证明,AOX的光保护作用与苹果酸-草酰乙酸穿梭途径的活性无关;在C3植物中,AOX途径对PSII光抑制的缓解作用在光呼吸受抑制时消失,同时观察到,C3植物的aox突变体的光呼吸受到显著的抑制。

        在没有光呼吸的C4植物中,虽然苹果酸-草酰乙酸穿梭途径活性很高,但AOX途径完全没有缓解PSII光抑制的作用。因此,我们提出新的,基于光呼吸参与的AOX光破坏防御的新模型:光呼吸途径在线粒体中进行甘氨酸的脱羧,从而产生大量NADH,AOX途径通过消耗这些NADH维持光呼吸的正常运转,从而避免叶绿体中磷酸乙醇酸的积累,同时缓解叶绿体的过还原,最终缓解PSII光抑制。

        本研究利用分子生物学手段和传统生理技术结合,提出了线粒体呼吸途径参与叶绿体中PSII光保护的新机制,加深了对植物细胞中两个最重要细胞器,线粒体和叶绿体间相互关系的理解。该研究得到中国博士后基金,国家自然科学基金,国家重点基础研究发展计划(973)项目等项目经费的资助。

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205216302283