拟南芥未知功能蛋白OHP1和OHP2调控光系统II生物发生的分子机理研究

Although light-harvesting like (LHC-like) proteins can bind photosynthetic pigments, they are not responsible for light harvesting and energy transfer. OHP (one-helix protein) is a subgroup of the LHC-like family including two proteins, OHP1 and OHP2. Accumulation of OHP in chloroplast thylakoids can be rapidly induced by high light , but their function is unclear. We have demonstrated that Photosystem II (PSII) was almost completely disappeared in Arabidopsis ohp mutants and the accumulation of OHP proteins is dependent on each other. Furthermore, Blue native PAGE and subsequent immunoblot analysis showed that OHP proteins formed a 150 kDa protein complex with other unknown components. The above evidences suggest that OHP proteins are involved in the biogenesis of PSII. In this project, we are aiming to clarify the underlying mechanisms of OHP and OHP-associated complex using the following approaches: 1) To confirm which stage of PSII assembly was affected in the mutants by protein labeling and chase experiments. 2) To determine the pigments species bound by OHP and to investigate their function during PSII biogenesis. 3) To identify the components of OHP-associated complex, and then to investigate the protein interaction network. Our research will facilitate to understand the functional diversity of the LHC family and molecular mechanisms of PSII biogenesis.

与叶绿体捕光天线蛋白（LHC）不同，LHC-like蛋白可以结合光合色素却不负责光能的捕获与传递。OHP蛋白是LHC-like家族的一个亚类，包括OHP1和OHP2，它们被高光诱导表达，但功能尚不清楚。我们的研究发现拟南芥ohp突变体中光系统II（PSII）复合物几乎完全消失，且两个OHP蛋白相互依赖，存在于一个150kDa的蛋白复合体中，说明它们共同调控了PSII的生物发生。为了研究OHP及所属蛋白复合体的工作机理，本项目拟采用同位素示踪技术研究OHP参与PSII组装的具体阶段；通过色谱技术分析OHP结合色素的种类，研究OHP结合色素在PSII组装过程中的功能；分离OHP复合体并鉴定其组分，研究OHP复合体内部以及OHP与PSII亚基之间的蛋白质互作网络，阐明它们在PSII组装过程中的功能。这些结果对于我们深入理解LHC家族成员功能的多样性以及PSII生物发生机理具有重要科学意义。

光系统II（PSII）是存在于光合生物类囊体膜上的多亚基色素蛋白复合体。它捕获光能，将水裂解生成O2，并将从水中获取的电子转移到质体醌使质体醌还原。晶体结构分析表明，蓝藻和叶绿体中除捕光天线系统外的PSII结构高度保守。PSII反应中心（RC）是具有光催化活性的最小单位，其由D1、D2、PsbI以及细胞色素（Cyt）b559的α和β亚基（PsbE和PsbF）组成。尽管PSII反应中心的结构及工作机制已经比较明确，但这些组份是如何装配的还不是很清楚。为了阐明PSII反应中心的生物发生分子机制，本研究将以两个高光诱导蛋白OHP1 （One-helix-Protein1）和OHP2（One-helix-Protein2）为研究对象。在前期的工作基础上，我们获得了以下成果：（1）缺失OHP1和OHP2蛋白主要影响PSII，进而对PSI产生次级影响。OHP1和OHP2参与了PSII的生物发生或稳定性。（2）OHP1、OHP2蛋白参与D1、D2蛋白的合成，是PSII RC的组装所必需的。（3）发现了PSII组装中间体PSII RC-like复合物约150kDa的分子量，除D1，D2，PsbI和Cyt b559亚基外，该装配中间体还含有OHP1，OHP2和HCF244。（4）OHP1和OHP2保守的LHC结构域中很重要，它们很可能参与了体内色素的结合以及维持蛋白的稳定性。根据这些结果，我们在国际著名期刊Plant Physiology发表文章1篇；在研究生培养方面，培养博士研究生2名，硕士研究生2名。圆满完成了项目制定的研究目标。