Untitled - 中国植物生理与分子生物学学会

水 稻 ADC1 基 因 的 克 隆 及 其 相 关 的 光 破 坏 防 御 机 制 的 研 究
韦 嘉 励
1
姚 譞
2
时 楠
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张 大 兵
www.cspp.cn
2
米 华 玲
(1 中 国 科 学 院 上 海 植 物 生 理 生 态 研 究 所 , 上 海 200032;2 上 海 交 通 大 学 生 命 科 学 技 术 学 院 , 上
海 200240)
植 物 在 适 应 多 变 的 环 境 过 程 中 , 发 展 了 多 种 策 略 保 护 光 合 机 构 免 受 伤 害 , 维 持 光 合 作 用 的
有 效 进 行 。 为 了 研 究 水 稻 中 的 光 破 坏 的 防 御 机 制 , 我 们 通 过 γ 射 线 诱 变 筛 选 到 了 一 种 叶 片 中 积 累
损 伤 叶 绿 体 的 黄 绿 花 斑 突 变 体 adc1(accumulated damaged chloroplast)。 利 用 图 位 克 隆 方 法 , 把 adc1
基 因 分 离 出 来 ,ADC1 基 因 编 码 一 个 水 稻 的 类 胡 萝 卜 素 异 构 酶 。 色 素 分 析 表 明 突 变 体 中 的 一 种 类
胡 萝 卜 素 , 叶 黄 素 (lutein) 下 降 了 大 约 70%。 突 变 体 的 光 合 作 用 能 力 明 显 受 到 了 限 制 , 光 系 统 II(PS
II) 的 最 大 光 化 学 效 率 (Fv/Fm) 和 PSII 的 有 效 的 光 化 学 效 率 (ΦPSII) 都 显 著 降 低 。 在 强 光 的 条 件 下
(1500μmolm -2 s -1 ), 突 变 体 的 PSII 活 性 比 野 生 型 下 降 得 更 快 。 而 且 , 突 变 体 在 中 等 的 光 强 条 件 下
(400μmolm -2 s -1 ) 和 强 光 的 条 件 下 都 有 较 多 的 活 性 氧 H 2 O 2 的 积 累 。 非 光 化 学 猝 灭 (NPQ) 等 光 破 坏 的
防 御 机 制 在 突 变 体 中 都 受 到 了 抑 制 。 但 是 参 与 H 2 O 2 清 除 的 水 水 循 环 系 统 的 主 要 酶 , 如 超 氧 化 物
歧 化 酶 (SOD), 抗 坏 血 酸 过 氧 化 物 酶 (APX) 的 活 性 却 有 所 提 高 。 而 另 外 一 条 参 与 清 除 活 性 氧 途 径
的 循 环 电 子 传 递 途 径 却 被 明 显 的 抑 制 。 进 一 步 的 分 析 发 现 , 突 变 体 中 介 导 光 系 统 I 循 环 电 子 传 递
的 一 种 分 子 量 为 500kDa 的 叶 绿 体 NADPH 脱 氢 酶 复 合 体 (NDH-1) 活 性 和 表 达 量 明 显 的 下 降 。 此
外 , 突 变 体 的 气 孔 导 度 和 胞 间 二 氧 化 碳 浓 度 均 比 野 生 型 的 高 。 以 上 结 果 表 明 ADC1 除 了 通 过 合 成
叶 黄 素 (lutein) 直 接 猝 灭 过 剩 的 激 发 能 以 外 , 还 调 节 气 孔 导 度 , 影 响 胞 间 CO 2 浓 度 , 诱 导 介 导 光 系
统 I 循 环 电 子 传 递 的 NDH-1 的 表 达 , 从 而 保 护 水 稻 抵 御 光 氧 化 伤 害 。
关 键 词 : 水 稻 ;ADC1 基 因 克 隆 ; 光 破 坏 防 御 机 制
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