课题基金 / 基金详情

SCD基因调控叶绿体分裂和发育的分子机理

批准号:
32070696
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
高宏波
依托单位:
学科分类:
细胞器及亚细胞结构、互作与功能
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
高宏波

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
在高等植物的幼嫩叶片中,细胞分裂旺盛,叶绿体也分裂活跃,且不成熟。随着叶片的成熟,叶绿体分裂趋缓,最后停止。过度的分裂,不仅不利于叶绿体的功能,也不利于植物的生长发育。过去几十年里,在叶绿体分裂领域人们研究的主要问题是叶绿体分裂及其正向调控机制。然而叶绿体分裂也需要负向调控来控制,但这方面的研究却几乎没有。为了研究这一问题,我们对几个叶绿体分裂突变体进行了抑制子筛选,已得到了几个表型完全或部分恢复的突变体—suppressor of chloroplast division(scd)。这些突变体的叶绿体分裂加速,发育延迟,说明其基因的功能在于抑制叶绿体分裂和促进叶绿体发育。本项目将综合利用遗传学、细胞生物学和生物化学等各种手段,通过分析抑制子对有关叶绿体蛋白质、叶绿体膜脂和有关基因表达调控的影响,深入研究其抑制叶绿体分裂的分子机制,揭示植物细胞中叶绿体分裂的负向调控机理。
英文摘要
In the young leaves of higher plants, cells divide frequently, accompanied by the active division of immature chloroplasts. As leaves getting mature, chloroplast division slows down and eventually stops. Over division of chloroplasts is detrimental to the function of chloroplasts and the growth and development of plants. In the past decades, the main topic in the field of chloroplast division is the mechanism of chloroplast division and its positive regulation. However, chloroplast division also needs to be controlled by negative regulation, but almost no research was done in this direction. To study this question, we screened suppressors of some chloroplast division mutants, and obtained some mutants—suppressor of chloroplast division (scd), which can fully or partially recover the chloroplast division phenotypes. In these mutants, chloroplast division is accelerated, chloroplast development is delayed, suggesting the function of the corresponding genes are suppressing the division and promoting the development of chloroplasts. This project will use various molecular genetics, cell biology and biochemistry approaches, study the molecular mechanism of suppressors in the repressing of chloroplast division in depth by analyzing their effects on the related chloroplast proteins, chloroplast membrane lipids and the expression of related genes, and provide some insights into the negative regulation mechanism of chloroplast division in plant cells.
叶绿体分裂是一个重要的细胞生物学过程。目前人们已经鉴定出很多叶绿体分裂基因,其功能的缺失通常会导致叶绿体增大和数目减少。叶绿体分裂同时需要负向调控,但人们对这一方面的机制却了解很少。本项目旨在通过对几个叶绿体分裂突变体抑制子(suppressors of chloroplast divisio, scd)的基因鉴定和功能研究,深入解析叶绿体分裂的负向调控机制。.在对几个叶绿体分裂突变体抑制子的分析中,我们发现scd2能很好地抑制一些非常严重的叶绿体分裂突变体。结合FtsZ的免疫荧光染色结果,我们发现,对于一些FtsZ不能很好成丝的叶绿体分裂突变体,抑制作用则较为有限。因此,FtsZ的成丝对scd2抑制叶绿体分裂突变体的分裂缺陷起到至关重要的作用。基因鉴定结果显示SCD2编码ClpB家族中的ClpB3。该家族蛋白是蛋白解聚酶,可以对高温下因变性而聚集的蛋白进行解聚,利于其复性。烟草瞬时转化和体外生化实验表明SCD2可以对FtsZ蛋白纤丝进行解聚,阻止叶绿体分裂蛋白复合物支架FtsZ纤丝的组装。结合基因表达和蛋白水平分析,我们发现scd2突变有利于FtsZ纤丝以及叶绿体分裂复合体的组装和稳定,从而促进了叶绿体的分裂。这项工作发现了叶绿体分裂的一个重要负调控机制,并揭示了SCD2在常温下的一个重要生理作用。此外,也对其他几个抑制子进行了基因鉴定和功能的初步研究。.本项目还对叶绿体分裂蛋白作用的分子机制进行了深入研究。发现FtsZ1 C末端具有一个新型的膜结合基序,这对于叶绿体分裂的调控非常重要。对PARC6和PDV1响应由光照引起的氧化还原状态变化而在膜间隙互作调控叶绿体分裂的分子机制进行了深入解析。我们还开发了多种与叶绿体有关的分子生物学和细胞生物学实验方法,用于研究基因和蛋白质的作用机理。
叶绿体分裂末期进行的分子机制
  • 批准号:
    32370746
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    高宏波
  • 依托单位:
CPD11调控叶绿体分裂的分子机制
  • 批准号:
    31570182
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    高宏波
  • 依托单位:
叶绿体分裂基因CPD19的鉴定和功能研究
  • 批准号:
    31070162
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    40.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    高宏波
  • 依托单位:
ARC5与叶绿体分裂过程中外膜动态变化的分子机理
  • 批准号:
    30971439
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    高宏波
  • 依托单位:
国内基金
海外基金