烟草叶绿体FeSOD保护光系统II的机理研究

叶绿体是植物活性氧产生的重要部位，铁超氧化物歧化酶（FeSOD）是叶绿体基质中清除超氧阴离子的关键酶。已有研究表明FeSOD对光系统II有保护作用，但是目前FeSOD保护光系统II的机制还不清除。烟草是我国重要的经济作物，较容易受到光抑制伤害。本项目将以FeSOD活性降低的RNAi转基因烟草植株为材料，通过分子生物学、生物化学、植物生理学和光谱学等技术手段，研究转基因和野生型植株在光氧化胁迫条件下的活性氧水平、抗氧化代谢、光系统II电子传递、光系统II蛋白转录水平、翻译水平、以及组装上的差异，揭示FeSOD保护光系统II的机理以及在抗光氧化中的关键作用，从而可以为提高烟草的抗光氧化能力提供新的思路。

叶绿体是植物活性氧产生的重要部位，铁超氧化物歧化酶（FeSOD）是叶绿体基质中清除超氧阴离子的关键酶。本项目通过将以FeSOD活性降低的RNAi转基因烟草植株为材料，通过分子生物学、生物化学、植物生理学和光谱学等技术手段，研究转基因和野生型植株在光氧化胁迫条件下的活性氧水平、抗氧化代谢、光系统II电子传递、光系统II蛋白转录水平、翻译水平、以及组装上的差异。结果表明在转基因烟草中O2-含量显著升高，抗氧化物抗坏血酸含量变化不大，而谷胱甘肽含量明显升高，相关的抗氧化酶（APX、DHAR、MDHAR和GR）活性明显升高。FeSOD含量降低的同时叶绿体超微结构发生了很大变化，体积变小，基粒片层垛叠减少。转基因烟草的Fv/Fm、ФPSII、PSII的电子传递链活性均显著降低，免疫印迹分析表明转基因烟草的PSII核心蛋白D1、D2、CP47和CP43显著下降。以上结果表明在正常的条件下，转基因烟草的PSII严重受损。P700、PSI的电子传递活性及PSI的反应中心蛋白的免疫印迹结果表明，PSI受到的损伤小于PSII。使用叶绿素荧光衰减和热致发光对转基因烟草PSII的伤害进行进一步研究，结果表明转基因烟草PSII的受体侧发生很大的改变，QA到QB的电子传递受阻，QA与放氧复合体的逆向电子传递与电荷重组不受影响，PSII的供体侧没有发生改变。最后，对转基因烟草对光氧化胁迫高度敏感的机理进行了探讨。将添加或不加叶绿体蛋白合成抑制剂林可霉素的烟草叶片进行光抑制，将光破坏和修复过程分开，发现转基因烟草的光破坏加强，PSII核心蛋白的降解加快导致PSII的稳定性降低，而转基因烟草的修复过程不受影响。本研究揭示FeSOD在清除超氧阴离子和在光胁迫下保护光系统II中的重要作用机理以及在抗光氧化中的关键作用，从而可以为提高植物的抗光氧化能力提供新的思路