非生物胁迫诱导植物叶绿体降解

来源：中科院成都生物研究所   发布者：王楠   日期：2015-01-29  

非生物胁迫是包括干旱、高盐和极端温度等在内的影响植物正常生长和发育的环境逆境，是影响农作物产量的主要因素。非生物胁迫抑制植物的光合作用，影响叶绿体的稳定性并诱导叶绿体的降解（叶片由绿变黄的一个过程），从而引起植株的早衰，并最终影响农作物的产量。目前对胁迫条件下叶绿体降解的具体过程和调控机制还不清楚。 中国科学院成都生物研究所汪松虎课题组与美国加州大学戴维斯分校Dr.Blumwald实验室合作，在拟南芥中克隆和鉴定了一个未知功能的新基因，命名为CV (chloroplast vesiculation)。非生物胁迫可以诱导激活CV基因的表达。表达后CV蛋白进入叶绿体，与光合系统II的亚基发生直接的相互作用，影响光合系统II的稳定性，从而诱导叶绿体的解体，形成囊泡化。这些CV蛋白诱导形成的囊泡（CCVs），包裹着叶绿体的基质蛋白和内囊体蛋白等离开叶绿体，最后与细胞质中的液泡融合完成叶绿体蛋白的最终降解。利用化学诱导表达系统过量表达CV基因可以导致植物叶片的早衰和叶绿体的降解。而在拟南芥中利用artificial miRNA技术沉默CV基因的表达可以抑制非生物胁迫诱导的叶片衰老和叶绿体的降解，同时提高植株的抗逆性。CV基因是一种植物细胞特有的且高度保守的基因。CV蛋白具有三个功能结构域：N端含有一个叶绿体转运肽，中间含有一个跨膜结构域，C端具有一个序列高度保守的结构域。C端保守结构域对蛋白质的相互作用和诱导叶绿体降解的功能必不可少。该研究不仅克隆和鉴定了一个植物特有的新基因，而且揭示了一个参与叶绿体降解的新途径。同时该研究也表明叶绿体的稳定性在植物抗逆过程中起到非常重要的作用，并为提高农作物在逆境条件的产量提供了新的思路。 该研究结果Stress-Induced Chloroplast Degradation in Arabidopsis Is Regulated via a Process Independent of Autophagy and Senescence-Associated Vacuoles 发表于期刊Plant Cell上。

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