《Cell | 光合作用机制调控和生物发生的基因的系统识别和角色塑造》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2023-12-10
  • 2023年12月7日,普林斯顿大学等机构的研究人员在Cell上发表了题为Systematic identification and characterization of genes in the regulation and biogenesis of photosynthetic machinery的文章。

    光合作用是粮食生产和地球生物地球化学的核心,然而对其调控的分子基础知之甚少。

    该研究使用真核藻类莱茵衣藻模型中的高通量遗传学技术,以高信心(错误发现率[ FDR ] < 0.11)鉴定了光合作用所需的70个缺乏特征的基因。然后,研究人员通过提供突变菌株的蛋白质组资源来实现这些基因的功能角色塑造,每个突变菌株都缺少一个这样的基因。这些数据允许将34个基因分配到一个或多个特定的光合作用复合物的生物发生或调控中。进一步的分析揭示了至少七种蛋白质的生物发生/调节作用,包括五种光系统 I mRNA 成熟因子,叶绿体翻译因子 MTF1和通过核表达因子调节叶绿体基因的主调节因子 PMR1。

    该研究提供了丰富的资源,确定调控和功能基因,并把它们放入途径,从而打开了系统级的理解光合作用的大门。

  • 原文来源:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867423012242
相关报告
  • 《 研究揭示叶绿体蛋白泛素化介导的光合作用调控新机制》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:姜丽华
    • 发布时间:2022-12-05
    •        光合作用通过将二氧化碳转化为有机物,不仅提供地球上大多数生物的食物来源,而且释放氧气并控制大气中的二氧化碳含量。在全球碳中和的背景下,研究光合作用的调控机制,具有重要的理论意义和应用价值。叶绿体作为植物的关键细胞器,执行包括光合作用在内的核心代谢过程。叶绿体功能的建立和维持需要对其蛋白质稳态进行精确调节。然而,光合作用许多核心组分的调控机制目前未知。   近期研究发现的叶绿体蛋白降解途径——Chloroplast-associated Protein Degradation(CHLORAD),通过泛素-蛋白酶体系统调控叶绿体蛋白转运,改变叶绿体蛋白质稳态,介导植物的器官发育和抗逆境过程。在CHLORAD系统中,E3泛素连接酶SP1、通道蛋白SP2以及起到“分子马达”作用的CDC48分子伴侣蛋白,共同参与对叶绿体蛋白的泛素化修饰以及从叶绿体向细胞质的逆向转运过程,以便被细胞质中的蛋白酶体所降解。以往研究仅揭示了位于叶绿体外膜的TOC蛋白复合体成员可被CHLORAD降解。而多数叶绿体蛋白位于细胞器内部,CHLORAD是否可直接作用于这些内部的底物尚无证据。   11月17日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心凌祺桦研究组与英国牛津大学植物科学系教授Paul Jarvis研究组合作,在Science Advances上,在线发表了题为Ubiquitination acts inside chloroplasts to directly regulate photosynthesis的研究论文。该研究发现CHLORAD直接参与调控更广泛的叶绿体靶蛋白。这些靶蛋白包括一些叶绿体内部的蛋白(如内膜、基质和类囊体蛋白),表明CHLORAD对叶绿体的作用已延伸到细胞器的内部。这些蛋白涉及叶绿体功能的各领域,例如光合作用、脂质代谢、物质转运、逆境抗性等,显示该途径调控了比预期更广泛的目标蛋白,拓展了CHLORAD的生物学意义。   科研团队综合应用定量蛋白质组学、泛素化修饰组学、比较转录组学、脂质代谢组学、生物化学、细胞生物学、植物生理学等技术手段,系统性地揭示了叶绿体内部的许多蛋白(包括类囊体膜中的光系统I、II组分)存在泛素化修饰。研究发现许多由叶绿体基因组自身编码的相关蛋白发生了修饰,显示了泛素化修饰作用于叶绿体内部蛋白。研究进一步阐明了CHLORAD组分CDC48和SP2介导泛素化光系统蛋白(如PsaA、CP43)逆向转运和降解的新途径。该成果揭示了过去未发现的叶绿体内部蛋白降解途径以及调控光合作用的崭新模式。迄今为止,研究认为,位于叶绿体内部的蛋白主要由原核生物起源的蛋白酶(即FtsH、Deg、Clp等)在细胞器内部调节。然而,本研究发现CHLORAD系统可联合运用叶绿体和细胞质内的泛素-蛋白酶体系统协同调控光系统运作效率和叶绿体其他重要功能,如脂质代谢等。这一新途径在栽培植物的改良中具有潜在的应用前景,可望为粮食安全和碳中和做出贡献。   研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、英国生物技术和生物科学研究理事会(BBSRC)等的支持。
  • 《Cell | DNA引导的转录因子协同作用塑造面部》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-01-27
    • 2024年1月22日,斯坦福大学Joanna Wysocka团队在Cell发表题为DNA-guided transcription factor cooperativity shapes face and limb mesenchyme的文章。 研究人员在前期意外发现了一个17个碱基对的DNA序列模式,具有内源性细胞功能,命名为Coordinator ,通过比较人类和黑猩猩面部祖细胞(CNCCs)的增强子景观,并分析潜在的DNA序列变化,发现了Coordinator的增加和减少与增强子活性变化相关,进一步分析发现Coordinator motif比任何已知motif都能更好地预测增强子活性。该基序未被注释为调控因子,但研究者注意到Coordinator包含由许多HD因子结合的TAATT[a /G]基序和由大多数bHLH因子结合的CANNTG E-box基序。 因此,研究试图系统地识别结合Coordinator 的TFs如何独特地定义胚胎面部和肢体间充质的调控区域,确定它们在内源性细胞环境中的分子功能,并分析它们的协同性和选择性的机制。研究发现Coordinator指导bHLH家族间质调节因子TWIST1和一组与面部和肢体区域特性相关的HD因子之间的合作和选择性结合。TWIST1招募了HD因子的结合,打开Coordinator位点染色质开发程度,同时HD因子稳定了TWIST1在Coordinator的占位,并使TWIST1远离那些没有HD因子的位点。这种合作导致参与细胞类型和位置身份的基因共享调节,并最终形成面部形态和进化。