海洋研究所揭示植物光呼吸新功能

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时间:2015-10-28  来源:实验海洋生物学重点实验室文本大小:【 |  | 】  【打印

  海洋研究所藻类生理学和发育调控研究组以小球藻为材料,发现了在培养体系中添加乙酸后高光条件可以显著促进藻类的生长,从而揭示了植物光呼吸的新功能。 

  同位素标记、HPLC和蛋白质组学研究结果表明,兼养藻类同化的碳主要来自乙酸根,其消耗量与生物量的积累正相关,且高光下乙醛酸循环和卡尔文循环相关酶含量显著上调。通过代谢流比和定量蛋白质组学分析发现,高光下藻类细胞叶绿体内Rubisco催化的加氧反应增强,产生的乙醛酸在过氧化物酶体中在苹果酸合酶催化下与乙酰辅酶A(活化态的乙酸)缩合形成苹果酸,进入到乙醛酸循环中,所产生的乙醛酸又在转氨酶的作用下形成甘氨酸,后者进入到线粒体中氧化,释放的CO2被上调的卡尔文循环重新固定。由于线粒体中甘氨酸氧化释放的CO2主要来自于乙醛酸循环中固定的外源性乙酸,所以光呼吸途径通过为乙醛酸循环提供底物(乙醛酸)以及为Rubisco提供CO2(甘氨酸氧化释放的CO2)将有机碳的同化和无机碳同化(卡尔文循环)联系在一起。这一代谢途径充分利用原本耗能的光呼吸过程所产生的乙醛酸,将其用于外源性乙酸的同化过程中,实现高光下生物量的快速积累。 

  一般认为,尽管植物光呼吸有光保护功能,但是对于生物量的形成呈负面效应。该研究成果却发现在特定条件下光呼吸对于藻类生物量的形成有促进作用,也解释了在逆境条件下添加有机碳源可以强化藻类相关生物合成的机制。相关研究成果近期发表在New Phytologist2015doi: 10.1111/nph.13659)上,海洋所博士后解修俊、黄爱优和顾文辉为共同第一作者。 

图例:细胞内乙醛酸循环与卡尔文循环之间的代谢流 

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

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