拟南芥PSB28蛋白参与调控光系统II生物发生的分子机理研究

Photosystem II (PSII) represents the first pigment-protein complexes embedded in the thylakoid membrane of the photosynthetic electron transport chain. Its subunits are encoded by both plastid and nucleus genome. The biogenesis of the PSII complex is a complicated multi-step assembly process with highly ordered sequences, necessitating array of regulatory factors to fine tuning this process. Up to date, although a subset of assembly factors involved in the formation of PSII supercomplexes have been characterized, certain key steps during PSII biogenesis remains unclear. Identification protein factors of unknown functions will obviously provide new evidence for its regulation process. To this end, we have screened and identified a new PSII-deficiency mutant in Arabidopsis thaliana, psb28 (psii subunit 28), which is severely impaired in PSII function, specifically in the accumulation of PSII core complexes, indicating a crucial role for PSB28 during the PSII biogenesis process. In this project, we aim to functionally characterize PSB28 factor, a new regulator for PSII biogenesis, through combinations of genetics, biochemistry, molecular biology and plant physiology approaches to uncover the limiting steps during PSII complex accumulation in psb28 mutant. Furthermore, by screening for PSB28 targeting proteins and analyzing their interactions, our study would provide new insight into the molecular details of PSII biogenesis, especially the regulatory mechanisms during this process.

光系统II（PSII）是光合电子传递链上的第一个色素膜蛋白复合物，其亚基由叶绿体基因组和细胞核基因组共同编码。PSII的生物发生是一个多步骤、复杂而却高度有序的过程，需要众多调控因子的辅助来完成。迄今为止，虽然已经鉴定了调控PSII超级复合物形成的若干组装因子，但是PSII生物发生过程中的部分关键步骤仍然不清楚，发现功能未知的蛋白因子无疑会对这一过程提供新的认识。我们在拟南芥中筛选到一个新的PSII缺陷型突变体psb28 (psii subunit 28)，该突变体PSII功能严重受损，并且特异性影响其核心复合物的累积。本研究拟通过综合运用遗传学、植物生理生化以及分子生物学等技术手段，阐明调控因子PSB28控制PSII复合物累积的限制步骤，并通过筛选研究其与靶蛋白之间的相互作用关系，以期揭示PSB28调控PSII复合物生物发生的分子机理。

光系统II (PSII) 是叶绿体类囊体膜的一个重要蛋白复合物，由20多个蛋白亚基和多种色素组成，而这些亚基由核基因和叶绿体基因共同编码。由于PSII结构的复杂性，PSII的组装是多步骤的复杂过程，需要诸多调控因子和辅因子的协助。由于叶绿体编码能力有限，参与叶绿体组装调控的因子主要是由核基因编码，鉴定核编码的叶绿体蛋白并深入研究其作用的分子机制有助于我们认识PSII生物发生的分子细节。然而目前我们对参与调控步骤的蛋白因子仍然了解不多，PSII的生物发生和组装是核基因与叶绿体基因编码的蛋白以一定次序多步骤合成、组装的复杂过程。我们在拟南芥中筛选到一个新的PSII缺陷型突变体psb28，该突变体PSII功能受损，且特异性影响了其核心复合物的累积。本项目通过综合运用遗传学、植物生理生化以及分子生物学等技术手段，揭示了调控因子PSB28控制PSII复合物累积的限制步骤，阐明了其与若干个PSII核心亚基相互作用从而调控PSII复合物生物发生的分子机制，从而为PSII组装的分子细节提供了新的认识。本项目研究对提高PSII组装效率，以期提高植物的光合效率，最终对农作物增产提供了科学依据。