KASI通过影响脂质代谢参与叶绿体分裂的调控

2010-11-19 15:01 来源: 中国科学院
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研究发现脂肪酸从头合成基因KASI通过影响脂质代谢参与叶绿体分裂的调控

  11月17日,植物科学研究权威期刊Plant Cell在线发表中科院上海生命科学研究院植生生态所植物分子遗传国家重点实验室薛红卫研究组的最新研究成果:拟南芥β-酮酰-酰基载体蛋白合酶I(KASI)通过影响脂肪酸合成而参与叶绿体分裂和胚胎发育的调控。

  质体(Plastid)是植物细胞内的一类非常重要的细胞器,是植物细胞区分于其他真核细胞的一个显著特征。植物的多个重要的代谢途径都是在质体中进行的,例如脂质合成、氨基酸代谢、氮和硫同化以及植物激素的合成等。尽管如此,质体的最主要作用仍然是分化为叶绿体,进行光合作用,为植物体固定碳源以及提供能量。研究叶绿体分裂的机制对于人们认识叶绿体的功能非常重要,因为所有的质体并不是由子细胞从头产生,而是由存在于细胞质中未分化的原质体以二分裂的形式(binary fission)分裂而来的。

  脂质代谢是植物体内的主要基础代谢途径之一,在植物生长发育的多个方面起重要作用。β-酮酰-酰基载体蛋白合酶(β- ketoacyl-[acyl carrier protein] synthase I)在脂肪酸从头合成(de novo synthesis)中负责酰基链延长中的聚合反应。对KASI的一个T-DNA插入缺失突变体的表型观察表明,KASI基因的缺失导致了多效性的表型,包括黄化、叶扭曲、育性下降以及植株矮小等,特别在KASI突变体中很多叶肉细胞都只有2-5个巨大的叶绿体,表明KASI的缺失导致叶肉细胞叶绿体的分裂受阻。由于KASI的缺失造成拟南芥莲座叶中极性脂质的组份发生剧烈变化,这种变化导致叶绿体分裂相关FtsZ和MinE基因的表达受到抑制。MinE 基因表达的抑制导致FtsZ蛋白的弥散分布以及Z环定位的紊乱,从而导致叶绿体分裂受阻。另外,KASI的缺失严重阻碍了胚胎的正常发育,使胚胎发育停留在球形胚之前或推迟了整个胚胎发育过程,并导致种子中脂肪酸含量的剧烈下降(约为野生型的33.6%)及组份的剧烈变化,表明脂肪酸从头合成在植物生长发育中的重要作用以及极性脂质供应对叶绿体发育和分裂的重要作用,展示了其在影响质体发育中的一个新的功能。

  该项工作得到了国家自然科学基金委、中科院上海生科院及国家科技部的经费支持。