6月11日，我校生命科學學院王宏斌教授課題組與上海師范大學彭連偉教授課題組聯合在PNAS期刊在線發表了題為“LOW PHOTOSYNTHETIC EFFICIENCY 1 is required for light-regulated photosystem II biogenesis in Arabidopsis”的研究論文，闡釋了光如何控制D1的合成并調控光系統II的生物發生。我校生命科學學院特聘研究員靳紅磊、博士生符梅和上海師范大學彭連偉教授課題組的博士生段志坤為共同第一作者，我校生命科學學院王宏斌教授為通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金委杰出青年科學基金、面上項目，以及農業部轉基因專項等的資助。
光合作用是地球上最重要的生化反應，通過利用太陽光能將二氧化碳和水轉化為有機物，并釋放出氧氣。植物葉綠體中的光系統II（PSII）對于光合作用至關重要，通過捕獲光能完成水的光解和質體醌的還原。PSII是一個由多蛋白亞基和色素分子共同組成的超級大分子復合物，目前對于PSII組成及結構的了解不斷深入，但其生物發生的調控機制卻知之甚少。值得注意的是，D1作為PSII的光反應中心蛋白，決定了PSII的生物發生與功能維持，而不斷變化的自然環境會導致D1呈現高度不穩定性。因此，植物需要有效控制D1的合成，但其精細調控機理并不清楚。
LPE1介導光調控的PSII生物發生調控模式圖
通過系統篩查，研究人員鑒定到一個高等植物特有的PSII生物發生調控因子——LPE1（LOW PHOTOSYNTHETIC EFFICIENCY 1）。通過生理學、分子生物學、生物化學和遺傳學等手段研究發現，LPE1基因突變導致PSII活性劇烈降低，PSII生物發生嚴重受阻；同時光PSII核心蛋白D1的合成明顯受損。值得注意的是，LPE1編碼一個葉綠體PPR蛋白，直接與D1編碼基因psbA mRNA的5'UTR結合，從而招募核糖體并啟動D1蛋白的翻譯。更重要的是，LPE1同時與已知的D1翻譯因子HCF173（HIGH CHLOROPHYLL FLUORESCENCE 173）互作，促使HCF173與psbA mRNA結合，協同參與調控PSII生物發生。
更有趣的是，該研究發現光可以誘導D1蛋白的表達，并且主要在翻譯水平實現控制。光誘導結合實驗分析發現，光可以促進LPE1與psbA mRNA的5'UTR結合。進一步研究發現，光可能通過改變葉綠體中的氧化還原狀態，調節LPE1的分子內二硫鍵及蛋白結構，從而影響其與psbA mRNA的結合活性。
該工作首次鑒定到高等植物中D1翻譯調控過程中psbA mRNA的直接結合因子，揭示了PSII生物發生的光調控機制，對于理解植物光合作用與生長發育調控機理具有重要的理論價值。
論文鏈接：http://www.pnas.org/content/early/2018/06/07/1807364115
