近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院朱國輝教授團(tuán)隊(duì)在Plant, Cell & Environment在線發(fā)表“Chloroplastic aspartyl-tRNA synthetase is required for chloroplast development, photosynthesis and photorespiratory metabolism”的研究論文，揭示了氨酰tRNA合成酶在光合作用和光呼吸代謝中的作用，為光合作用與光呼吸代謝調(diào)節(jié)方式提供了新的見解。
光呼吸是綠色植物在光下吸收氧氣釋放二氧化碳的過程，與光合作用同時發(fā)生，在植物生長發(fā)育和環(huán)境適應(yīng)中起重要作用。光呼吸與植物基礎(chǔ)代謝關(guān)系密切，但目前對光呼吸途徑的調(diào)節(jié)機(jī)制并不清楚。該研究通過正向遺傳學(xué)方法，篩選獲得了一株具有典型光呼吸表型的擬南芥突變體，其在大氣下生長遲緩、矮小黃化，但在高濃度CO2條件下能恢復(fù)正常生長。基因克隆和遺傳互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)表明其表型是AspRS3基因突變造成，該基因編碼天冬氨酰-tRNA合成酶（AspRS）。AspRS3同時定位于葉綠體和線粒體，但其葉綠體定位是其功能發(fā)揮所必需的。
研究探討了AspRS3影響光合作用和光呼吸代謝的作用機(jī)制：一方面，AspRS3功能缺失影響葉綠體編碼蛋白的合成，比如葉綠體核糖體蛋白、Rubisco大亞基RBCL等，導(dǎo)致光合膜系統(tǒng)的破壞和活性氧的積累；另一方面，葉綠體蛋白合成受損與活性氧積累通過反向信號影響核基因表達(dá)，比如核編碼核糖體蛋白，部分光呼吸酶比如Fd-GOGAT、SHMT等蛋白豐度下降，從而影響植物光合作用和光呼吸代謝。研究揭示了一種新的光合作用和光呼吸調(diào)節(jié)機(jī)制，為作物高光效遺傳改良提供了基礎(chǔ)。
光合作用與植物逆境生物學(xué)研究中心博士后席悅為本論文的第一作者，朱國輝教授為通訊作者。研究得到 “十四五”廣東省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新十大主攻方向“揭榜掛帥”項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金和中國博士后科學(xué)基金的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/pce.15330
