核基因编码的叶绿体蛋白转运调控机理

叶绿体是高等植物进行光合作用的细胞器，高等植物叶绿体的蛋白组大约有2500-3000种蛋白组成，叶绿体蛋白90%以上是核基因编码的，核基因编码的蛋白通过叶绿体被膜转运途径和类囊体膜转运途径共同作用，准确定位于叶绿体不同区间。类囊体膜转运途径来源于内共生之前的细菌膜蛋白转运体系，而被膜转运体系特别是内被膜转运体系是叶绿体内共生之后进化而来的。叶绿体被膜转运通道与类囊体膜转运途径衔接是实现叶绿体蛋白正确转运和定位的前提，这也是当前叶绿体蛋白转运的关键问题与核心问题。本项目从分离调节叶绿体蛋白转运的重要调控因子入手，发现参与叶绿体蛋白转运过程的新基因和功能蛋白；同时研究这些转运因子与底物的作用方式，揭示叶绿体蛋白转运的调控机制，进一步阐释叶绿体蛋白转运的网络调控。深入研究叶绿体蛋白转运调控机制，对于理解叶绿体的生物发生、光合器的建成和功能的实现以及真核生物的起源和进化等都有十分重要的意义。

叶绿体是高等植物细胞中重要的细胞器。叶绿体蛋白组包含大约3000种蛋白，其中90%以上都是核基因编码的。核基因编码的蛋白在胞质中合成前体后，通过叶绿体外被膜和内被膜上的转运通道将蛋白质转运叶绿体，并在进入叶绿体后通过四种不同途径在类囊体膜上定位与转移，从而确保叶绿体蛋白的准确定位，这是实现叶绿体功能的前提。然而一直以来对于核基因编码的叶绿体蛋白从叶绿体被膜转运途径到类囊体膜膜转运途径的相关机制还不清楚。本项目通过鉴定光合突变体、酵母双杂交等手段筛选参与叶绿体蛋白转运的关键因子，并采用遗传学、生物化学、分子生物学、晶体学等方法对转运因子的功能进行研究，阐释叶绿体蛋白转运底物识别机制以及底物转运的分选与调控机理。.主要的研究成果如下：1，筛选并鉴定了一个叶绿体ATP合成酶组装受影响的突变体pab (Protein in ATPase Biogenesis)，揭示了PAB蛋白通过调控ATPase γ亚基的转运进而影响了ATP合成酶的组装的分子机理。2，通过晶体学以及生物化学手段对捕光色素蛋白转运因子LTD的功能进行了进一步的研究，揭示了LTD蛋白二聚体底物识别特异性的结构基础。3，发现双精氨酸依赖转运途径的关键调控因子TCET1与TCET2，通过生化与分子生物学实验以及晶体学等手段揭示了TCET1与TCET2对双精氨酸依赖转运途径底物的识别机制以及底物转运的调控机理。这些工作阐释了叶绿体蛋白转运的调控机制，为认识蛋白转运这一生命活动中最为基本的科学问题提供重要基础。该研究对我们理解叶绿体的生物发生、光合作用功能的调节以及实现具有着重要的意义。项目执行期间严格按照课题任务书的年度计划进行。已在PNAS上发表学术论文1篇.