水稻叶绿体钾离子逆向转运体OsKEA1在循环光合磷酸化中的作用机理研究

我们利用作用光关闭后的叶绿素荧光瞬时上升技术，从水稻突变体库中分离出一个具有高循环电子传递活性的突变体，通过图位克隆的方法克隆到一个定位于叶绿体的点突变基因KEA1（钾离子逆向转运体，K+ Efflux Antiporter)，并通过了RNA干扰实验的验证。迄今，尚未有该基因的研究工作报道。初步研究表明，突变体的叶片中K+/Na+较野生型高四倍左右， ATP含量和跨类囊体膜质子梯度比野生型大约高40%，介导循环光合电子传递的叶绿体NDH基因以及酶活性明显地上调, 幼苗期的净光合作用效率较野生型高15%左右，表明该突变体具有高光效特性。本项目拟以研究循环电子光合磷酸化为切入点，研究水稻kea1突变体在特殊的生长期以及胁迫条件下的光合特性变化，利用免疫共沉淀、酵母双杂交等方法，研究OsKEA1与介导循环光合电子传递的NDH等蛋白的相互作用，阐明OsKEA1在循环光合磷酸化中的调控关系。

本项目以分离到的一个高循环电子传递的水稻突变体oskea1为研究材料，利用图位克隆的技术和遗传验证，分离了一个定位于叶绿体的水稻新功能基因——OsKEA1，通过突变体的研究，发现该基因的缺失导致叶绿体钾离子外排受抑制，从而引起钠离子和质子含量在叶绿体和叶片中积累，导致对盐碱敏感的表型，但能耐受酸性和高钾条件。在正常水稻生长条件下（偏酸性，较高浓度的钾），具有高光效的特征，即较低的CO2饱和点和较高的光饱和点。进一步分析表明， OsKEA1通过调控质子运转，来负调控调控循环电子传递活性，从而参与光合效率的调控。. 通过本项目的实施，我们鉴定了一个具有高光效特征的水稻株系，克隆到一个有自主知识产权的新功能基因——OsKEA1，获得授权发明专利一项；同时，揭示了OsKEA1在循环光合磷酸化调控的机制，发表研究论文3篇，培养博士研究生3名，其中，2名已经毕业并且获得博士学位，相关循环电子传递的研究内容被选为第16届国际光合作用大会蓝藻卫星会议专题报告，撰写专著文章3篇。我们的研究为揭示循环电子传递途径在高光效的运转机理提供了一种新的理论，也为高光效水稻育种提供思路。