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低温胁迫下SlbZIP13蛋白调节Rubisco及PSI循环电子传递的机理研究

批准号:
32100203
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
庄焜扬
依托单位:
学科分类:
植物光合与固氮
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
庄焜扬

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
光合作用是作物产量和品质的基础和保证。低温胁迫是我国北方设施蔬菜栽培中的主要障碍因素之一,严重影响番茄等冷敏感作物光合作用的碳同化及电子传递的进程。碱性亮氨酸拉链(bZIP)转录因子家族成员广泛参与了植物对非生物胁迫的响应,然而它们在低温胁迫下对光合作用的调控机制还鲜为人知。我们在前期研究发现了番茄中一个既受低温诱导又同时定位于叶绿体和细胞核的bZIP蛋白SlbZIP13,该蛋白能够在低温胁迫下维持Rubisco的含量、活性以及PSI的效率。但其具体的作用机理仍不清楚。本项目拟在获得SlbZIP13过表达、突变体及只在细胞核中表达的叶绿体信号肽敲除株系的基础上,解析低温胁迫下SlbZIP13维持番茄Rubsico含量和活性及光系统I效率的作用机制,为指导喜温蔬菜抗逆栽培和育种提供理论依据。
英文摘要
Photosynthesis is the basis and guarantee for the yield and quality of crops. Chilling stress severely limits the carbon assimilation and electron transfer process of plants, especially cold-sensitive crops such as tomato, thus becoming one of the major limiting factors in greenhouse production in northern of China. In plants, basic leucine zipper (bZIP) transcription factors widely functioned in the abiotic stress response. However, their roles on photosynthesis are not clear, and no bZIPs have been found to localize in the chloroplast until now. In our previous study, we found a bZIP protein SlbZIP13 in tomato, which is not only induced by chilling stress but also located in the chloroplast and nucleus. And it positively maintained the Rubisco content and activity and photosystem I efficiency under chilling stress. Nevertheless, its specific mechanism is still unclear. On the basis of obtaining SlbZIP13 overexpression, mutants, and chloroplast signal peptide deletion lines, this project intends to clarify the specific mechanism of SlbZIP13 maintaining the Rubsico content, activity and photosystem I efficiency under chilling stress. This may provide an effective strategy for enhancing resistance to chilling stress in chilling-sensitive crops in agricultural production.
低温胁迫严重影响植物光合作用的运行,同时也激活了植物体内一系列的分子反应来缓解低温造成的光抑制。解析植物体内重要的光保护机制对于维持植物低温胁迫下的光合能力十分重要。我们发现番茄亮氨酸拉链蛋白家族成员SlbZIP30和SlbZIP51协同参与了低温胁迫下的光保护过程。受低温诱导的SlbZIP30蛋白同时定位于叶绿体和细胞核中,且其核定位依赖于其124S位点的磷酸化修饰。在叶绿体中,SlbZIP30通过与捕光色素蛋白LHCA1相互作用,维持其在低温胁迫下的稳定性,从而保护PSI的活性。而在细胞核中,SlbZIP30通过与SlZIP51相互作用,促进SlZIP51激活编码Rubisco关键装配因子基因SlCpn60α1的表达,从而维持低温胁迫下Rubisco水平。然而SlZIP51对SlCpn60α1的调控仅发生在低温环境,这是由SlZIP51特殊的低温响应的核易位机制造成的。我们的研究揭示了SlZIP51和SlZIP30在低温胁迫下介导的重要光保护机制,在此基础上提供了一个低温响应调控模块,以在低温胁迫下智能调控低温保护基因的表达,提高植物的低温耐受性。
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