光照是光合作用最重要的環(huán)境因子之一。在自然界植物接受的光照強(qiáng)度時(shí)刻發(fā)生變化，過(guò)低或者過(guò)高的光強(qiáng)都會(huì)影響植物光合作用效率。因此，植物形成了獨(dú)特的生理機(jī)制來(lái)適應(yīng)外界光強(qiáng)的動(dòng)態(tài)變化，以最大程度地維持高效光合作用。光適應(yīng)機(jī)制的相關(guān)研究對(duì)提高大田作物光合作用效率尤為重要，但是其相關(guān)分子機(jī)理還遠(yuǎn)未被揭示。
中科院植物所遲偉研究組綜合運(yùn)用遺傳學(xué)、生物化學(xué)以及植物生理學(xué)等多種技術(shù)手段，揭示了一種植物光適應(yīng)的新機(jī)制。科研人員以葉綠素?zé)晒鈪?shù)為指標(biāo)，篩選到一個(gè)對(duì)高光敏感的擬南芥突變體nadk2。遺傳分析表明，該基因編碼一個(gè)定位于葉綠體的NAD磷酸激酶，負(fù)責(zé)催化NAD生成 NADP+。該突變體由正常的光強(qiáng)轉(zhuǎn)移到高光條件時(shí)，光系統(tǒng)II（PSII）的最大光化學(xué)效率以及光合電子傳遞速率會(huì)顯著下降，表現(xiàn)出典型的光抑制現(xiàn)象。進(jìn)一步的波譜學(xué)研究表明該突變體的光抑制性是由光系統(tǒng)I（PSI）功能受損引起的，PSI復(fù)合物的兩個(gè)亞基psaA和psaB的合成效率在該突變體中顯著降低。由于光合作用電子傳遞的最終產(chǎn)物就是還原力NADPH，以用于碳同化過(guò)程。NADK2能夠影響PSI電子受體側(cè)NADP庫(kù)的大小，從而間接影響植物體內(nèi)PSI復(fù)合物的生成。因此該研究在光適應(yīng)、還原力NADPH以及PSI合成之間建立了一種新的關(guān)聯(lián)機(jī)制。當(dāng)植物生長(zhǎng)環(huán)境的光強(qiáng)發(fā)生變化時(shí)，葉綠體NADP庫(kù)的大小會(huì)隨光強(qiáng)發(fā)生改變。葉綠體會(huì)根據(jù)NADP庫(kù)的大小，利用一種特殊的反饋機(jī)制，自動(dòng)調(diào)整psaA和psaB蛋白的合成速率，從而迅速調(diào)節(jié)PSI的含量和活性，避免PSI發(fā)生光抑制現(xiàn)象。該研究對(duì)深入認(rèn)識(shí)植物光合作用的光保護(hù)機(jī)制以及光反應(yīng)和碳同化協(xié)同機(jī)制提供了新的線索，也為作物光適應(yīng)能力的遺傳改造提供了一定的理論基礎(chǔ)。
該研究成果于4月6日在線發(fā)表于Plant Physiology期刊。植物所助理研究員季代麗為該研究論文第一作者（兼共同通訊作者），遲偉研究員為共同通訊作者，德國(guó)慕尼黑大學(xué) Jörg Meurer 教授為研究合作者。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院、科技部以及國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目的資助。
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https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiac161/6564234?login=true
（光合實(shí)驗(yàn)室供稿）
植物NADK依賴的光合作用光強(qiáng)適應(yīng)新機(jī)制示意圖
標(biāo)簽： 光合作用
