海洋研究所揭示植物光呼吸新功能

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時間:2015-10-28  來源:實驗海洋生物學重點實驗室文本大小:【 |  | 】  【打印

  海洋研究所藻類生理學和發育調控研究組以小球藻爲材料,發現了在培養體系中添加乙酸後高光條件可以顯著促進藻類的生長,從而揭示了植物光呼吸的新功能。 

  同位素標記、HPLC和蛋白質組學研究結果表明,兼養藻類同化的碳主要來自乙酸根,其消耗量與生物量的積累正相關,且高光下乙醛酸循環和卡爾文循環相關酶含量顯著上調。通過代謝流比和定量蛋白質組學分析發現,高光下藻類細胞葉綠體內Rubisco催化的加氧反應增強,産生的乙醛酸在過氧化物酶體中在蘋果酸合酶催化下與乙酰輔酶A(活化態的乙酸)縮合形成蘋果酸,進入到乙醛酸循環中,所産生的乙醛酸又在轉氨酶的作用下形成甘氨酸,後者進入到線粒體中氧化,釋放的CO2被上調的卡爾文循環重新固定。由于線粒體中甘氨酸氧化釋放的CO2主要來自于乙醛酸循環中固定的外源性乙酸,所以光呼吸途徑通過爲乙醛酸循環提供底物(乙醛酸)以及爲Rubisco提供CO2(甘氨酸氧化釋放的CO2)將有機碳的同化和無機碳同化(卡爾文循環)聯系在一起。這一代謝途徑充分利用原本耗能的光呼吸過程所産生的乙醛酸,將其用于外源性乙酸的同化過程中,實現高光下生物量的快速積累。 

  一般認爲,盡管植物光呼吸有光保護功能,但是對于生物量的形成呈負面效應。該研究成果卻發現在特定條件下光呼吸對于藻類生物量的形成有促進作用,也解釋了在逆境條件下添加有機碳源可以強化藻類相關生物合成的機制。相關研究成果近期發表在New Phytologist2015doi: 10.1111/nph.13659)上,海洋所博士後解修俊、黃愛優和顧文輝爲共同第一作者。 

圖例:細胞內乙醛酸循環與卡爾文循環之間的代謝流 

論文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.13659/full 

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