揭秘植物x型和y型硫氧还蛋白的作用

由于暴露于波动光的可能性，植物必须在光强度超过光合作用能力时进化出保护机制。在这些条件下，活性氧会引起光抑制，从而阻碍光合作用效率。为了对抗这种光合效率的损失，叶绿体进化出了硫氧还蛋白(Trx)蛋白，它可以调节光合装置内的氧化还原平衡并提供光保护功能。

这些蛋白质使植物能够根据光强度的变化调节光合作用。在叶绿体Trx蛋白中，x型和y型Trx已知在功能上相关，但对其在波动光照条件下的功能知之甚少。

在光合作用的光反应过程中，光系统II中水分裂产生的电子通过叶绿体中的细胞色素b6f复合物跨电子传输链(ETC)传输到光系统I(PSI)。日本冈山大学和京都产业大学的研究人员利用拟南芥(Arabidopsis)研究光合作用过程中的Trx调控，最近发现x型和y型Trx可以防止PSI电子接受侧的氧化还原失衡。

这是一项重大发现，因为已经确定了一种涉及鲜为人知的Trx的机制，该机制可以防止PSI在波动的光照条件下遭受光抑制。

冈山大学植物科学与资源研究所的YukiOkekawa助理教授领导了该研究小组并撰写了这项研究，该研究发表在《植物生理学》上。同样来自植物科学与资源研究所的坂本渡博士是这项研究的共同作者之一。

在谈到该小组进行这项研究的动机时，Okekawa博士说道：“拟南芥包含五种类型的Trx，即四种Trxm、两种Trxf、两种Trxy、Trxx和Trxz。在这五种类型中，Trxf和TrxzTrxm占叶绿体Trx蛋白的90%以上，但Trxx和Trxy是占Trx蛋白不到10%的少数。为什么会这样呢?对于x型和y型Trxs我们知之甚少，所以我们决定探索它们在光合作用和光应激中的作用。”

该小组在拟南芥中产生了trxxsingle、trxy1trxy2double和trxxtrxy1trxy2三重突变体，并探索了光合作用过程中PSI的变化。他们发现，在弱光条件下，与野生型植物相比，trxx和trxxtrxy1trxy2突变体中PSI的电子受体侧受到抑制。

同样，研究小组观察到，这两种突变体在波动光的低光和高光阶段对PSI电子受体侧表现出更明显的抑制。

“相对于野生型植物，这种波动光下的PSI电子受体侧抑制在trxx和trxxtrxy1trxy2突变体中转化为严重的PSI光抑制。当我们在这些波动光条件下测量植物生长时，trxxtrxxtrxy1trxy2突变体表现出生长受损，甚至含有较低水平的PSI，”Okekawa博士在讨论这项工作的重要见解时解释道。

这些发现表明Trxx和Trxy可以对抗PSI电子受体侧的任何氧化还原不平衡，从而使光合作用继续进行并防止光抑制。这些Trx有助于在波动的光照条件下通过ETC传输电子。

该小组认为，Trxx和Trxy在低光到高光跃迁期间充当电子接收器，并维持PSI电子受体侧的氧化态。但这一发现有何意义呢?

“嗯，当光照条件恒定时，这个功能并不重要。然而，从适应性的角度来看，保持PSI电子受体侧的氧化还原平衡可以起到安全网的作用，有助于为光强度的突然变化做好准备，”博士说桶川。

对植物光保护机制的进一步研究有一天可以帮助开发耐光胁迫作物。桶川博士和他的团队相信，这些进步将改变游戏规则，解决因农作物产量不足而导致的粮食短缺问题。

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