在(zai)自然界(jie)中(zhong)，植物(wu)必須適應不(bu)斷變(bian)化的(de)光(guang)照(zhao)條件，以(yi)最大(da)化光(guang)能的(de)利用(yong)并(bing)減少過量(liang)光(guang)照(zhao)造成的(de)潛在(zai)損(sun)害。最近，一(yi)項由慕(mu)尼黑大(da)學的(de)研(yan)(yan)究人(ren)員領導的(de)研(yan)(yan)究發現(xian)了(le)一(yi)個新(xin)的(de)機(ji)制(zhi)，該機(ji)制(zhi)通過PGR5抑制(zhi)子篩選揭示(shi)了(le)植物(wu)如(ru)何(he)保護光(guang)合電(dian)子傳(chuan)遞鏈中(zhong)的(de)細胞色素b6f復合體免(mian)受(shou)損(sun)害。這一(yi)發現(xian)不(bu)僅為我(wo)們理解植物(wu)如(ru)何(he)適應光(guang)照(zhao)波動提(ti)供了(le)新(xin)的(de)視角，也為未(wei)來的(de)作(zuo)物(wu)改良提(ti)供了(le)潛在(zai)的(de)遺傳(chuan)目標(biao)。
在(zai)最近的研究(jiu)中，科(ke)學(xue)家們通過(guo)PGR5抑制子篩選，發現(xian)了一種獨特(te)的機(ji)制，該機(ji)制在(zai)植物(wu)適應波(bo)動(dong)光(guang)照中發揮著關鍵(jian)作(zuo)用(yong)。PGR5（proton gradient regulation 5）是一種在(zai)光(guang)合作(zuo)用(yong)中起(qi)作(zuo)用(yong)的蛋白(bai)質(zhi)，其缺失會導(dao)致(zhi)植物(wu)在(zai)波(bo)動(dong)光(guang)照條件下光(guang)系統I（PSI）過(guo)度敏感，從而導(dao)致(zhi)植物(wu)死亡。
研究團隊(dui)通過篩選(xuan)能(neng)夠(gou)恢復pgr5突變體在(zai)波(bo)動光(guang)照下生存能(neng)力的(de)抑制子突變，鑒(jian)定了一系列影響光(guang)合作(zuo)用(yong)相關(guan)蛋(dan)白的(de)突變。這些突變影響了12個不同的(de)光(guang)合作(zuo)用(yong)相關(guan)蛋(dan)白，包括一些對PSII（光(guang)系統II）功能(neng)至(zhi)關(guan)重要的(de)蛋(dan)白，以及對細胞色素b6f復合體組裝和功能(neng)至(zhi)關(guan)重要的(de)蛋(dan)白。
特別值得注意(yi)的(de)是，研(yan)究(jiu)中發現的(de)DEIP1/NTA1蛋白，之前被(bei)認為是細(xi)胞(bao)色(se)(se)素b6f復合(he)體組裝的(de)一個因子，但(dan)在(zai)這(zhe)項研(yan)究(jiu)中顯示出與PGR5功能(neng)的(de)意(yi)想(xiang)不到的(de)相互(hu)作用。研(yan)究(jiu)結果表明(ming)，DEIP1/NTA1在(zai)PGR5存在(zai)時對細(xi)胞(bao)色(se)(se)素b6f的(de)積累起(qi)到保(bao)護(hu)作用，這(zhe)表明(ming)PGR5可能(neng)對細(xi)胞(bao)色(se)(se)素b6f復合(he)體有損(sun)害效(xiao)應，而DEIP1/NTA1則(ze)保(bao)護(hu)該復合(he)體免受這(zhe)種(zhong)效(xiao)應的(de)影響。
此外，研(yan)究還(huan)發現了PFSC1（PGR5抑制(zhi)子帶有(you)改變的(de)細胞(bao)(bao)色素(su)b6f 1）蛋(dan)白，這(zhe)是一種在早期發育階段(duan)控制(zhi)細胞(bao)(bao)色素(su)b6f積累(lei)的(de)新(xin)蛋(dan)白。PFSC1的(de)功能(neng)獨立(li)于PGR5，且在所有(you)光合生物(wu)中(zhong)都存在，這(zhe)表明它在光合作用中(zhong)可(ke)能(neng)具有(you)基本且保守的(de)角(jiao)色。
這項研(yan)究不僅(jin)為我們理(li)解植物如何調節其光(guang)(guang)(guang)合(he)作用來適應(ying)不斷變化的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)照條(tiao)件提(ti)供了(le)新(xin)(xin)的(de)(de)見(jian)解，而且(qie)也為開發(fa)能夠更(geng)有(you)效(xiao)利用光(guang)(guang)(guang)能的(de)(de)作物品種(zhong)提(ti)供了(le)新(xin)(xin)的(de)(de)策略。通過操縱這些新(xin)(xin)發(fa)現的(de)(de)蛋(dan)白，科學家們可能能夠培育出更(geng)能適應(ying)光(guang)(guang)(guang)照波動(dong)、更(geng)能抵抗光(guang)(guang)(guang)抑制的(de)(de)作物，從(cong)而提(ti)高作物的(de)(de)產量和抗逆(ni)性。
隨(sui)著全球氣候(hou)變化和環(huan)境壓力(li)的(de)增加，這項研究(jiu)的(de)發(fa)現對(dui)于未來農(nong)業生產具有重要意義。通過深入(ru)了解植物(wu)光(guang)合作用的(de)調(diao)控機制，我們(men)可以更(geng)好地(di)應對(dui)環(huan)境挑戰，確(que)保食(shi)品安全和可持續(xu)農(nong)業發(fa)展。
研究中使用了Dual-PAM-100和Hexagon-Imaging-PAM。
Penzler J F, Naranjo B, Walz S, et al. [J]. bioRxiv, 2023: 2023.11. 28.569138.
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