德国哈勒·威登堡大学研究小组为了鉴定了几千种蛋白质，确定了它们在突变体和对照组中各自的数量，并将这些发现与光合性能的测量结合起来。 他们的研究结果发表在4月3日的《自然通讯》杂志上。
突变导致缺陷
在他们的联合研究中，由来自密歇根大学的 Julia Grimmer 博士和 RUB 植物生物化学教授 Sacha Baginsky 教授领导的团队，使用拟南芥作为模式生物。 “对这种植物进行了详细的研究，发现了许多已知的突变，”朱莉娅 · 格里默解释说。研究小组对其中两个突变体特别有兴趣，并且对现在取得的结果非常关键。
其中一个突变的特点是进入叶绿体的蛋白质有缺陷。 叶绿体依赖于从细胞质中输入大量的蛋白质。 作者 Julia Grimmer 解释说: “输入的缺陷阻碍了足够的叶绿素的生导致植物白化”。 另一个突变影响了蛋白酶体的功能，蛋白酶体是一种蛋白质复合体，负责降解细胞质中的蛋白质。 在突变体中，蛋白酶体的功能被改变。
双突反而提高了性能
“这两个突变的组合已经导致了一个新的表型的植物，”解释萨查 Baginsky。 “这些植物比白化突变体更绿，它们能进行更多的光合作用。 这让我们感到惊讶，因为这有悖常理。 如果在第一个缺陷上加上第二个缺陷，功能就会得到改善。” 研究人员对这一结果的解释如下: 蛋白酶体突变导致的蛋白质降解减少意味着细胞质中有更多的叶绿体蛋白。
尽管由于输入突变导致运输中断，一些蛋白质仍然可以运输到叶绿体中，在那里可以比在白化植物中形成更多的叶绿素。 新的双突变体也有更多的类囊体堆: 这是功能性光合复合体的位置。
对野生型拟南芥的研究表明，蛋白酶体突变对光合性能的改善也与输入突变无关。 “我们假设蛋白酶体不断降解细胞质中的叶绿体蛋白质，这反过来保护植物免受过多光合作用造成的潜在损害，” Sacha Baginsky 说。 这意味着植物浪费能源，而这些能源本来可以用来生产生物量以保护自己。 由于蛋白酶体突变干扰了细胞质中蛋白质的降解，这种限制因子减少了，使光合作用更有效率。 “由于所有的光合作用生物都通过类似的机制来保护自己，我们认为这种效应也可以转移到高等植物上，”这位生物学家估计。 这可能有助于提高植物将二氧化碳转化为生物质的效率。
复杂蛋白质组分析
该研究小组的发现是基于对整个植物蛋白质的复杂分析，即所谓的蛋白质组。 鉴定了几千种蛋白质，并对不同突变体中的蛋白质含量进行了定量测定。 “只有极少数研究小组能够做到这样的精细水平。 这使我们能够记录影响并理解它们，” Sacha Baginsky 总结道。
文献来源:
Julia Grimmer et al, Mild proteasomal stress improves photosynthetic performance in Arabidopsis chloroplasts,Nature Communications().DOI: 10.1038/s41467-020-15539-8
新闻报道：
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