自然界中植物接受的光照强度时刻发生变化，过高或者过低的光强都会影响植物的光合作用效率，因此植物的光适应机制一直是光合作用研究领域的核心问题之一。大量研究表明，叶绿体内活性氧分子（ROS）的清除系统可能是决定植物光适应能力的关键因素。理论上，ROS除了对光合膜造成直接破坏外，还有可能通过氧化光合膜上的脂类分子，产生活性羰基类化合物RCS（Reactive Carbonyl Species）对光合膜造成“二次伤害”。与ROS相比，RCS介导的蛋白修饰对目标蛋白造成的破坏更为强烈，但是植物如何有效清除叶绿体内的RCS分子，避免对光合膜的“二次伤害”的分子机制仍然不清除。

       重点实验室迟伟研究组研究发现了一个新的叶绿体羰基清除蛋白，并探讨了其调控高等植物光适应过程的分子机制。研究人员前期通过生物信息学方法结合反向遗传学分离到一个定位于叶绿体的蛋白HLT1，该蛋白含有NADPH结合域和保守的羰基还原酶结构域。在水稻和拟南芥中敲除HLT1基因导致叶片内积累大量的4-羟基壬烯醛（HNE），且HNE修饰蛋白含量也大幅提高。突变体表现出明显的高光敏感表型，且生长迟滞、生物量降低、单株产量下降；而过表达株系则表现出抗高光抑制、抗逆、生物量和产量显著提高的表型，证明HLT1蛋白在水稻和拟南芥高光适应中起了重要的调控作用。研究人员进一步对光系统复合物分析发现HLT1蛋白缺失导致高光下光系统II（PSII）从单体向二体的修复组装受阻，推测其参与高光下PSII的组装修复过程。此外，通过体内、体外实验分析发现PSII核心蛋白D1蛋白的C端被HNE特异修饰，D1蛋白的HNE修饰可能是阻止PSII高光下的组装修复的主要原因。这项工作深入解析了一种新的翻译后修饰调控高等植物光适应的分子机理，为植物光保护机理提供了新的理论依据，为水稻等农作物的高光效改良提供了重要的基因资源。

       该研究论文于8月7日在线发表于New Phytologist。重点实验室季代丽副研究员为该论文的第一作者，迟伟研究员为论文通讯作者，黑龙江农业科学院王麒研究团队、中国科学院遗传与发育生物学研究所汪迎春研究团队以及德国慕尼黑大学Jörg Meurer教授也参与了此项工作。研究得到了国家重点研发计划、中国科学院先导专项、黑龙江省百千万工程重大专项、德国科学基金DFG资助。

 

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