叶绿素荧光仪和光合仪高分应用文章集锦(2024年10月)

茶树是我国重要的经济作物。干旱、低温等非生物胁迫严重影响茶叶的品质与产量。研究发现，茶树基因组在大约3000万年前发生过一次近期的全基因组加倍事件，导致诸如糖基转移酶（UGTs）等与茶叶品质和抗逆性相关的基因家族在茶树中发生快速扩增，然而目前尚未有关于茶树UGTs基因加倍后功能分化影响茶叶品质和抗逆性的报道。2024年10月4日，安徽农业大学茶树生物学与资源利用国家重点实验室宋传奎与夏恩华教授等团队合作在The Plant Cell在线发表了题为“Evolution and functional divergence of glycosyltransferase genes shaped the quality and cold tolerance of tea plants”的研究论文，揭示了茶树UGT基因通过功能分化协同调控茶树香气品质与抗寒的新机制，为其他园艺作物品质与抗性的协同演化与调控提供新思路。据悉，该论文也是全球茶学领域发表的首篇The Plant Cell论文。

为此，该研究以28个代表性植物的基因组为切入点，在系统鉴定UGT的基础上，首先探索了茶树UGTs的扩增模式。研究发现，UGTs在茶树谱系中发生特异性地扩张和收缩。茶树中UGTs家族成员众多，共包含297个拷贝。根据其结构和底物偏好性可分为18个亚家族（A-R），其中UGT76隶属于H亚家族，该亚家族在不同茶树品种中呈现显著收缩的状态，特别是在茶树‘舒茶早’品种中仅保留了一个拷贝（UGTH1）。功能试验证实该拷贝与茶树真菌病害的抗性密切相关，暗示着H亚家族在茶树中仍保留了其它植物中保守的抗病功能。与H亚家族不同，UGT85隶属于G亚家族。该家族成员通常在糖基化单萜、二萜和脱辅基类胡萝卜素等底物上表现出特定的偏好性。研究发现，茶树G亚家族的UGTs可进一步划分为3种类型（Ⅰ-Ⅲ），其中Ⅱ和ⅡI型的UGTs在茶树全基因组重复和串联重复事件驱动下发生显著扩增，之后经历了功能分化。如G亚家族Ⅱ型代表成员UGT85A53（Ⅱ-2）和UGT1（Ⅱ-3）为重复基因，二者均能糖基化香叶醇等挥发性化合物，但对激素底物的选择发生了分化。主要表现为，UGT85A53的糖基化底物为脱落酸（ABA），而UGT1并未表现出对ABA或其他激素的糖基化活性，二者对激素底物的选择差异重塑了重复基因UGT85A53和 UGT1分别通过正、负调控的方式调控茶树的抗寒和抗旱性。研究还进一步对野生型茶树（DASZ）和栽培茶树（‘云抗10号’和‘舒茶早’）的UGTs进行了比较分析，发现茶树G亚家族ⅡI-1为茶树‘舒茶早’品种特有分支。遗传多样性分析进一步发现，该分支中的许多UGTs经历了人工选择。特别地，ⅡI-1代表成员UGT3和ⅡI-2代表成员UGT2分别具有糖基化叶绿醇和呋喃酮的活性，表明二者在糖基化香气底物上表现出分化。进一步功能实验发现，UGT2可参与茶树的抗寒和抗旱，而UGT3仅能参与茶树的抗寒而非抗旱（图3），进一步证明G亚家族ⅡI中受人工选择的UGTs表现出抗寒性保守而抗旱性分化的功能差异。这些发现不仅为揭示了驯化过程中UGTs协同调控茶树香气品质与抗寒性的全新机制，也为其他园艺作物香气品质与抗性的协同选择提供新思路。本研究中，茶树叶片光合作用活性相关的叶绿素荧光参数通过调制叶绿素荧光成像MAXI-IMAGING-PAM测量完成。

在光合作用激发能的传递研究中，可以通过使用瞬态吸收(TA)光谱学追踪叶绿素激发后的类胡萝卜素S1态的数量来探索类胡萝卜素(Car)在NPQ中通过Chl→Car进行激发能传递的作用。然而，由于叶绿素Qy(S1)到Sn的吸收光谱覆盖了大部分可见光谱，如果想检测如Car S1到Sn转换的额外贡献，需要良好信噪比的瞬态吸收光谱，特别是对于像类囊体膜这样高度散射的样品。这反过来需要比用于荧光寿命测量更高的激发脉冲能量。在所需的激发能量下，激发态-激发态湮灭(EEA)在类囊体膜这样的扩展激发态传输系统中几乎是不可避免的，这引起了人们的担忧，即在瞬态吸收测量中观察到的任何额外的瞬态物质可能仅仅是在湮灭过程中形成的高能物种的结果。2024年10月8日，PNAS在线发表加州大学伯克利分校化学系Graham R. Fleming实验室和植物与微生物生物学系Krishna K. Niyogi实验室联合署名的，标题为Chlorophyll to zeaxanthin energy transfer in nonphotochemical quenching: An exciton annihilation-free transient absorption study的研究论文。在该研究中，Maly等人展示了一种非常简单直接的方法来分离非线性泵浦-探测信号的第三阶(单粒子)、第五阶(双粒子)、第七阶(三粒子)等的贡献。这种方法使得提取不受多粒子动力学如激发态能量转移影响的激发态动力学成为可能，并增加了我们对类囊体膜对高光照响应期间观察到的瞬态的信心。此外，瞬态吸收信号的第五阶贡献包含了关于激发态运动的信息，作者在这项工作中简要分析了这一点。

叶绿素a和b(Chla和b)参与植物和绿藻的光捕获、光化学反应和电子转移反应。光系统的核心复合物(PSI和PSⅡ)与Chl a 结合，而外周天线复合物(LHCI和LHCⅡ)结合Chla和b。Chl生物合成的最后一步是通过香叶基香叶基还原酶(GGR)将香叶基香叶基化的Chl_s(Chl_sGG系列)转化为植酸化的Chl_s。2024年10月15日，日本冈山大学Yuichiro Takahashi研究组在The Plant Journal杂志在线发表题为“Geranylgeranylated-chlorophyll-protein complexes in lhl3 mutant of the green alga Chlamydomonas reinhardtii”的研究论文，文章分离并表征了绿藻莱茵衣藻的淡绿色突变体，该突变体对光非常敏感，无法光合生长。

除草剂在现代农业中被广泛用于控制杂草，然而，除草剂也可能对作物产生毒害。因此，开发抗除草剂作物成为了一个重要的研究方向。常见的抗除草剂作物多是通过修改核基因获得抗性。然而，核基因的改造后的抗性基因可能通过花粉传播到野生种群，造成抗性基因的扩散，进而可能导致环境问题。叶绿体基因组通常通过母系遗传，不会通过花粉扩散到野生种群，这使得通过叶绿体基因组编辑赋予的性状更具生物安全性。相比于核基因编辑，叶绿体基因的这种特性有助于避免抗性基因在环境中的不受控传播。2024年10月20日，日本东京大学的Shin-ichi Arimura团队在国际知名杂志Plant Biotechnology Journal发表了题为“Resistance to the herbicide metribuzin conferred to Arabidopsis thaliana by targeted base editing of the chloroplast genome”的研究文章。研究人员使用胞嘧啶碱基编辑器Ptptalecd和Ptptalecd_v2将V219I和A251V突变引入了拟南芥thaliana Ecotype columbia-0(Col-0)的D1蛋白。随后，评估了突变体对嗪草酮的抗性。

细胞移植作为治疗多种疾病的潜在疗法，一直备受关注。然而，一个关键难题如影随形，那就是如何确保移植细胞拥有充足氧气。缺氧问题严重制约了细胞移植的成效，影响细胞功能和存活。2024年10月23日，Nature Communications在线发表韩国首尔汉阳大学Dong Yun Lee课题组标题为“Oxygenating respiratoid biosystem for therapeutic cell transplantation”的研究论文。文章报道了一项创新性研究，科研人员精心打造了一种放氧呼吸生物系统，有望为细胞移植带来突破性进展，为解决缺氧困境开辟新道路。本研究中，叶绿体颗粒光合活性相关的叶绿素荧光参数和光曲线测量通过叶绿素荧光成像IMAGING-PAM完成。

在本研究中，研究人员使用了从陆地植物中分离出的叶绿体，降低了光合微生物固有的生物污染风险。然而，分离的叶绿体在试管中只能保持数小时的结构完整，光合作用通常在光照暴露后的30分钟至半天内丧失。所以，维持叶绿体的结构对于保持内部环境和实现光合作用等关键过程至关重要。为此，该研究采用了从陆地植物中分离的叶绿体作为放氧源时，结合叶绿体转运肽(CTP)与藻酸盐构建放氧呼吸生物系统。CTP对于维持叶绿体结构和功能至关重要，它能够锚定在叶绿体外膜上，增强叶绿体的结构稳定性，同时上调光合作用相关基因的表达，从而实现持续自供氧。

CTP的序列为Met(M)-Phe(F)-Ala(A)-Phe(F)-Gln(Q)-Tyr(Y)-Leu(L)-Leu(L)-Val(V)-Met(M)，来源于拟南芥TOC34的跨膜结构域。实验表明，CTP能够完全覆盖叶绿体表面，在20小时的孵育过程中不损害其结构，罗丹明B染色证实了这一点。同时，CTP处理显著降低了叶绿素的释放量，表明其稳定了叶绿体结构，使处理后的叶绿体在14天后仍保持较高浓度。在缺氧条件下，无论是否有光照，CTP处理的叶绿体在20小时内都能保持较高的放氧水平，即使在加入抑制氧释放的铝离子(Al3?)后也是如此。通过对光系统Ⅱ(PSⅡ)相关参数的测量，如有效量子效率(Y(Ⅱ)）、电子传递速率(ETR）、表观量子产率(α）和最大光合速率(Pmax）等，发现CTP处理后的叶绿体这些参数值均高于仅用Al3?处理的叶绿体。对PSⅡ复合物的研究发现，CTP处理能显著增加与氧释放(水氧化）活性相关的三个外在蛋白PsbO、PsbP和PsbQ的表达。SDS-PAGE分析表明，CTP处理14天后，这些蛋白亚基的表达明显高于仅用Al3?处理的情况，且在缺氧条件下，CTP处理的PSⅡ复合物的放氧水平显著高于其他处理。通过RNA测序(RNA-seq）分析发现，CTP处理可显著增加RNA含量，基因集富集分析(GSEA）确定了一系列显著上调的基因。功能注释分析表明，CTP处理上调了与光合作用和蛋白质翻译相关的基因，特别是与类囊体膜蛋白相关的基因。此外，CTP还显著上调了叶绿体核糖体蛋白。这些结果表明，CTP的调节信号可促进类囊体膜蛋白的合成，最终激活光合作用和放氧作用。为进一步研究，我们设计了针对PSⅡ和核糖体亚基关键蛋白的小干扰RNA(siRNA），并进行转染实验。结果发现，CTP处理能显著上调psbA、psbO、rps12和rpl14的mRNA水平，且在缺氧或正常氧环境下，CTP处理均能恢复siRNA处理的叶绿体的放氧功能。这表明CTP可与叶绿体中的放氧相关基因发生分子反应。我们通过碳二亚胺化学法将CTP的N端与生物相容性藻酸盐(Al）的羧基进行化学偶联。实验确定了最佳的偶联摩尔比为1:1，此时CTP与藻酸盐成功通过酰胺键结合形成Al-CTP偶联物，且不影响水凝胶的形成。通过流变学分析，发现Al-CTP水凝胶与传统藻酸盐水凝胶的储能模量和损耗模量相似。将Al-CTP偶联物、叶绿体和治疗性细胞封装在微胶囊中，系统评估了封装条件，包括封装器的设置(如频率、电极、流速等）和不同钙浓度对系统的影响。优化后的条件确保了生物系统的有效形成，同时发现钙浓度可调控生物系统的降解性，而不影响氧气产生。

扫描电子显微镜(SEM)分析显示，封装胰岛细胞的微胶囊呈球形且结构紧凑。在含有叶绿体的微胶囊(如Al-Ch和放氧呼吸生物系统)中，可观察到叶绿体的存在，其表面微观结构不均匀。成功封装胰岛细胞后，测量微胶囊中叶绿素释放量，发现放氧呼吸生物系统在14天内释放的叶绿素量低于Al-Ch，且两种微胶囊在14天后仍保持球形。在缺氧条件下，放氧呼吸生物系统中的胰岛细胞活力显著高于完整胰岛细胞和Al-CTP微胶囊中的胰岛细胞。活/死细胞染色实验表明，放氧呼吸生物系统中的胰岛细胞死亡信号减少。葡萄糖刺激胰岛素分泌(GSIS）测试显示，尽管在缺氧环境中胰岛细胞的葡萄糖反应性受损，但封装在放氧呼吸生物系统中的胰岛细胞胰岛素分泌模式与正常氧条件下相似，刺激指数(SI）也得到恢复。免疫染色结果显示，放氧呼吸生物系统中的胰岛细胞在缺氧条件下HIF-1α表达较低，胰岛素表达较高。在糖尿病小鼠模型中进行皮下移植实验，测量移植区域的氧气水平发现，放氧呼吸生物系统移植后，尽管皮下区域通常氧气含量低，但仍显著增加了氧气水平。监测糖尿病小鼠的体重和血糖水平表明，放氧呼吸生物系统在维持血糖水平方面优于Al-CTP微胶囊，至少可持续14天。免疫染色显示，皮下移植的放氧呼吸生物系统中胰岛细胞HIF-1α表达较低，胰岛素表达较高，巨噬细胞浸润不明显，纤维化程度低，有利于营养/氧气扩散和胰岛素长期分泌。腹腔内移植实验中，植入Al-CTP微胶囊的小鼠在30天后血糖恢复至高水平，而植入放氧呼吸生物系统的小鼠在85天以上保持正常血糖水平，且微胶囊未被排斥。在100天后，放氧呼吸生物系统大多自由漂浮在腹腔内，与腹部器官粘连少，仍包裹着胰岛细胞，形态保持清洁透明。免疫染色显示，移植后的胰岛细胞HIF-1α表达低，胰岛素表达高。腹腔内葡萄糖耐量测试(IPGTT）表明，放氧呼吸生物系统处理的小鼠血糖和血清胰岛素水平模式与非糖尿病健康小鼠相似。

本研究成功开发了一种放氧呼吸生物系统，该系统通过将植物叶绿体与生物相容性藻酸盐-CTP偶联物相结合，能够在无需抗氧化剂和光照的情况下长期自发供氧，为移植细胞提供了适宜的生存环境。在分子机制层面，CTP通过调节基因表达，增强了叶绿体的光合效率和氧气释放能力，促进了蛋白质合成，激活了光合作用，且在无光照条件下也能发挥作用。通过体内外实验验证，该生物系统在治疗性细胞移植方面具有显著优势，能有效提高胰岛细胞等治疗性细胞的存活和功能，为治疗糖尿病等疾病提供了新的策略。未来，我们期望该放氧呼吸生物系统能够应用于更大规模的组织工程构建，克服目前临床组织工程构建尺寸受限的问题，为细胞疗法提供更有效的支持，推动组织工程和再生医学领域的发展。

光合作用是植物和蓝藻生长的关键过程，依赖于光能的吸收和转换。光能被类囊体膜中的光捕获天线吸收，通过电子传递链形成质子动力，降低类囊体腔的pH值，产生ATP和NADPH，这些能量和还原力用于二氧化碳的固定。然而，过量光照会产生活性氧种，损害光系统并抑制光合作用，称为光抑制。为了应对光抑制，植物和蓝藻进化出了多种调节机制，包括抑制电子传递和激活能量耗散系统。蓝藻的细胞质pH与光合作用密切相关，影响电子传递和卡尔文循环。细胞质碱化还调节类胡萝卜素合成和光保护相关蛋白的活性。尽管已知pH调节对光合作用重要，但对膜转运体如何调节pH的理解还很有限。蓝藻作为研究模型，帮助我们理解光合作用和细胞稳态的机制。Synechocystis sp. PCC6803是一种常用的蓝藻，它具有盐耐性并含有多个Na/H逆向转运蛋白基因。这些蛋白在适应盐胁迫和光合作用调节中起作用，但具体功能和生理角色尚不清楚。例如，NhaS3在高CO₂条件下表达上调，可能参与光合作用调节。NhaS2和NhaS4则在维持Na稳态中起作用。

植物在生长发育过程中经常受到各种病原体的侵袭。为应对这些持续威胁，植物进化出复杂精细的免疫系统，通过感知、信号传导和激活下游基因表达来抵御病原体入侵。植物在激活抗性反应时，自身的生长发育往往会受到抑制，这就是经典的“生长-抗性”平衡理论。其中，准确且迅速地检测病原体或其相关信号，是植物启动防御反应的基础，而受体激酶（RLKs）在识别外部信号和内部信号传导方面发挥着至关重要的作用。浙江大学师恺教授课题组前期鉴定了富含LRR基序的跨膜受体蛋白激酶PSKR1为损伤相关分子模式PSK多肽（磺肽素）的识别受体，并揭示了PSKR1感知PSK后激发Ca²⁺信号，通过生长素路径，以及PSKR1的泛素化降解途径提高番茄对灰霉病的抗性（Zhang et al., Plant Cell, 2018，Hu et al., Plant Physiol, 2023）。此外，PSKR1通过CPK28-GS2路径调控氮同化促进植株生长（Ding et al., EMBO J, 2023），并通过磷酸化转录因子DREB2F调控番茄果实成熟和品质形成（Fang et al., Plant Physiol, 2024）。

2024年10月24日，师恺课题组在知名期刊The EMBO Journal发表了题A novel LRR receptor-like kinase BRAK reciprocally phosphorylates PSKR1 to enhance growth and defense in tomato的研究论文，揭示了新型受体蛋白激酶BRAK通过与PSK受体蛋白PSKR1相互磷酸化协同提高番茄植株生长，果实产量及灰霉病抗性的分子机制。本研究中，番茄叶片光合作用活性相关的叶绿素荧光参数通过IMAGING-PAM叶绿素荧光成像系统测测量完成。

该研究中，研究人员通过分析234个番茄LRR-RLK基因在灰霉病菌侵染后的表达模式，鉴定到一个受灰霉病诱导高表达的富含LRR基序的新型受体蛋白激酶 (Solyc06g069650) ，并命名为BRAK (Botrytis cinerea resistance-associated kinase)。通过构建brak突变体及过表达植株发现其正调控番茄植株生长，果实产量和灰霉病抗性。利用酵母库筛选及多种蛋白-蛋白互作的研究手段，发现BRAK与PSKR1存在相互作用。且PSK诱导的生长和防御反应在pskr1、brak单突变体和双突变体中均受到了抑制，以及在沉默BRAK的OE-PSKR1植株中同样如此。进一步研究发现，BRAK和PSKR1胞内部分互相磷酸化，且相关位点的磷酸化作用对于协同促进生长和抗性至关重要。

综上，该研究首次揭示了PSK受体PSKR1与新型受体蛋白激酶BRAK相互磷酸化协同提高番茄生长和灰霉病抗性的分子机制，研究为生物育种中同时提高病害抗性和促进植物生长提供了新的优异基因，同时也加深了我们对PSK多肽信号通路的认知，为基于PSK多肽调控生长与抗性的绿色产品和技术研发应用提供了依据。

干旱对农作物产生严重影响，可能导致食物短缺和经济困难，这些问题预计在未来会加剧。C₄植物因其在温暖气候下的高生产力、耐热性和水分利用效率而被视为提高作物产量的有希望的选择。C₄光合作用在叶肉细胞和维管束鞘细胞之间共享，通过生化CO₂浓缩机制有效地将CO₂输送到羧化作用的位点。这种机制减少了光呼吸作用，提高了水分利用效率，使C₄植物成为出色的干旱幸存者。在非休眠植物中，抗旱性分为规避和耐受策略。C₄植物通过气孔间的CO₂浓度梯度，实现低蒸腾率下的高吸收率，延长土壤水分保持，延缓水分限制下的压力。研究表明，C₄植物对脱水的敏感性通常比C₃植物更为明显，尤其是在快速脱水情况下。然而，气孔关闭并非C₄光合作用在脱水期间的主要障碍，非气孔因素如代谢物交换可能更为关键。

2024年10月25日，New Phytologist在线发表都柏林大学Chandra Bellasio署名通讯作者，题为“Fast dehydration reduces bundle sheath conductance in C₄ maize and sorghum”的研究文章。文章重点探究了C₄光合作用对脱水敏感的原因，假设C₄机制可能因结构变化而受阻，影响CO₂输送或代谢物交换。通过实验研究模拟了快速脱水过程，并监测了气体交换、叶绿素荧光以及CO₂和水的同位素组成。结合生化模型和同位素歧视模型，我们旨在确定非气孔限制是否与叶肉或维管束鞘对CO₂的导度降低有关，以揭示C₄光合作用在干旱条件下的适应机制。本研究中，玉米和高粱光合作用活性相关的叶绿素荧光参数通过DUAL-PAM-F光纤版双通道叶绿素荧光仪测量完成。

植物代谢是一个复杂的网络，涉及多种化合物的合成、降解和转化。碳水化合物作为光合作用CO₂固定的直接产物，是所有合成代谢途径的基础，与羧酸和氨基酸一起构成蛋白质、脂质和核苷酸生物合成的基本单元。此外，它们还是多种特殊化合物如生物碱、硫苷和类黄酮的生物合成底物，这些化合物有助于植物抵御生物和非生物环境胁迫。许多植物在低温下会经历冷驯化过程，提高其抗冻能力。这一过程涉及光合作用和碳水化合物代谢的调整，以防止光抑制和不平衡的光合反应。蔗糖代谢在光合作用适应中起着关键作用，而蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性的调整对于维持光合ATP合成至关重要。类黄酮作为酚丙烷的一类，主要由苯丙氨酸合成，对植物的冷驯化和抗冻能力有重要影响，但其具体生理作用尚不明确。类黄酮在植物细胞中的分布广泛，包括液泡、细胞核和叶绿体，这增加了对其功能的分析难度。类黄酮生物合成的主要途径位于细胞质中，涉及多种酶的活性。在环境条件变化，尤其是低温下，光合作用适应有助于维持电子传递、ATP合成和CO₂固定的平衡。CBBC循环中的酶在低温下上调，以补偿活性的下降。这些冷诱导过程在冷驯化的初期即可观察到，而类黄酮和其他特殊代谢物的积累则在这些初级代谢反应之后发生。

2024年10月25日，The Plant Journal杂志在线发表慕尼黑大学Thomas N?gele实验室标题为“Insights into physiological roles of flavonoids in plant cold acclimation”的研究文章。

在本研究中，研究人员将拟南芥叶片组织的非水分馏与代谢组学和蛋白质组学分析相结合，揭示了类黄酮缺乏对低温适应过程中亚细胞代谢的影响。在为期两周的冷适应期的前三天，类黄酮缺乏会影响丙酮酸、柠檬酸和谷氨酸的代谢，这表明类黄酮在稳定C/N代谢和光合作用方面发挥作用。此外，还发现四氢叶酸代谢受到影响，这对光呼吸途径的蛋白质组有显著影响。在冷适应后期，黄酮类化合物的缺乏会影响蛋白质的稳定性、折叠和蛋白酶体降解，从而导致两种突变体的蛋白质总量显著下降。总之，这些研究结果表明，类黄酮代谢在植物冷适应的早期和晚期阶段发挥着不同的作用，并对在不断变化的环境中建立新的蛋白质平衡做出了重要贡献。

本研究中，拟南芥叶片净CO₂同化速率通过便携式光合-荧光测量系统GFS-3000测量完成。

光合作用蛋白复合体将光能转化为化学能量，为地球生命提供动力。光能驱动电子流通过PSII、细胞色素b₆f和PSI等光合蛋白复合体。然而，过量光照可能损伤光合蛋白，因此植物演化出多种非光化学猝灭(NPQ)机制来释放多余的光能，其中之一是状态转换(qT)，它通过调整LHCII在PSII和PSI之间的分配来响应光照质量的变化。状态转换由质体醌池的氧化还原状态精细调控，涉及LHCII的磷酸化和去磷酸化过程，这些过程由特定的激酶和磷酸酶控制。在陆生植物中，只有15%-20%的LHCII参与状态转换，而在衣藻中这一比例高达80%。状态转换有助于光合生物适应变化的光照条件，优化光合作用效率并防止光损伤。除了状态转换，光抑制猝灭(qI)是另一种NPQ类型，涉及光损伤D1蛋白的降解和新合成，以及PSII的修复，这些过程对植物和绿藻抵抗强光至关重要。在拟南芥中，PSII核心亚基的磷酸化和去磷酸化由STN8和PBCP等激酶和磷酸酶调控，但在衣藻中这些过程尚不清楚。

2024年10月25日，The Plant Journal在线发表西北大学生科院王菲&付爱根课题组标题为The thylakoid phosphatase TEF8 is involved in state transition and high light stress resistance in Chlamydomonas的研究论文。文章对衣藻的一个强光响应基因THYLAKOID ENRICHED FRACTION 8 (TEF8)进行了鉴定。衣藻tef8突变体表现出高光敏性和状态转换缺陷。酶活性测定表明，TEF8是一种真正的磷酸酶，定位于类囊体膜。BN-PAGE、Pull-down和磷酸肽质谱等生化检测证明，TEF8与光系统II有关联，并在状态2向状态1的转换过程中参与了D2和CP29亚基的去磷酸化。综上所述，该研究结果确定了TEF8是一种在光系统II上具有多个去磷酸化靶点的类囊体磷酸酶，并为了解衣藻状态转换和耐强光的调控机制提供了新的视角。

本研究中，衣藻光合作用活性相关的叶绿素荧光参数通过DUAL-PAM-100双通道叶绿素荧光仪测量完成。

2024年10月28日，伦敦玛丽女王大学(QMUL)的Alexander Ruban实验室的陈莉莉博士在Plant Communications上发表了题为“Distinct features of PsbS essential for mediating plant photoprotection”的研究论文，文章揭示了PsbS蛋白在植物光保护中发挥功能所必需的特定氨基酸结构域，为理解植物光捕获的动态调节提供了新见解。

本研究首先基于菠菜类囊体膜PsbS蛋白的晶体结构和前人的研究成果，精确定位了本研究中突变和删除的氨基酸残基，生成了一系列PsbS点突变体。这些突变体包括位于类囊体腔侧的两个谷氨酸残基(E69和E173)被突变成谷氨酰胺，发现它们在光保护的激活过程中PsbS 寡聚体状态和构象的动态变化中起着关键的作用。跨膜螺旋Ⅱ(TM2)和跨膜螺旋Ⅳ(TM4)中的疏水性苯丙氨酸残基(F83、F84、F87、F191、F193和F194)被酪氨酸取代的突变体研究表明，TM4中的苯丙氨酸在PsbS与LHCⅡ的疏水相互作用中起着重要作用。移除310螺旋(H3)上的氨基酸 I74、Y75 和 E76会导致qE在黑暗中的弛豫明显减慢。

研究者进一步使用化学交联剂(DTSSP)来稳定PsbS的二聚体，并在不同光照条件下（如黑暗适应、光照、恢复状态）评估突变体的NPQ特性。结果表明，E69QE173Q突变体完全失去了PsbS的活性，导致其在光照下的NPQ被显著抑制，显示出这两个残基在PsbS活性中的重要性。此外，F83YF84YF87Y和F191YF193YF194Y突变体的NPQ幅度也显著降低，进一步支持了PsbS的结构与功能之间的密切关系。研究还发现，H3突变体在NPQ诱导动力学上与野生型相似，但NPQ的恢复速度显著减慢，表明H3结构在PsbS功能中起着重要作用。

最后，研究人员利用ESMFold方法重建了野生型和突变型PsbS的三级蛋白结构。结果显示，突变并未显著改变蛋白质的整体结构，表明NPQ的变化主要是由于氨基酸结构域的变化，而非蛋白质结构的错误折叠。这一发现为理解PsbS在光合作用和光保护中的功能提供了新的视角。

综上所述，本研究通过精确的突变位点分析以及分子动力学模拟，深入揭示了PsbS在光合作用中的光保护机制，为未来提高作物光合作用效率和适应性提供了重要的实验依据和理论基础。

本研究中，拟南芥野生型和突变体植株非光化学淬灭NPQ的诱导和弛豫均通过双通道调制叶绿素荧光仪DUAL-PAM-100测量完成。

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