南京农业大学徐彬研究组发现SGR介导的叶绿素a分解代谢对高温胁迫下光系统稳定的重要作用

叶绿素a和叶绿素b（Chla和Chlb）在光能吸收和传递过程中发挥重要作用。长期高温下，植物的叶绿素含量和成分均发生改变，但尚不清楚叶绿素降解仅是高温下的被动响应，还是植物响应高温并调控自身适应性的机制之一。

近日，3044am永利集团徐彬研究组在Plant, Cell & Environment 上发表了题为“STAYGREEN-mediated chlorophyll a catabolism is critical for photosystem stability during heat-induced leaf senescence in perennial ryegrass”的研究论文，详细阐述了STAYGREEN基因（SGR或NYE1）介导的Chla分解代谢调控多年生黑麦草叶绿体发育、活性氧（ROS）代谢、光系统稳定性及耐热性的机理。

SGR编码脱镁甲基化酶，催化Chla的降解。敲除或抑制SGR表达延缓Chla降解，植物在自然发育或黑暗诱导衰老过程中呈现滞绿表型。高温胁迫条件下，持续抑制黑麦草SGR的表达水平呈现迟绿表型，生长力变弱。进一步分析发现，高温条件下，抑制SGR表达导致叶片内的O₂^-和H₂O₂含量显著上升、细胞膜和叶绿体完整性破坏、光系统蛋白含量及电子传递效率等显著下降。该结果表明，由于Chla吸收短波长光效率高于Chlb，高温下抑制SGR表达导致Chla降解受阻，加剧了光电子传递链中ROS的产生。转录组分析还发现，抑制SGR表达促进ROS合成基因抑制降解基因的表达，进一步导致高温条件下ROS的积累。

该研究进一步改良了适用于禾本科植物的乙醇诱导表达载体，通过该载体诱导抑制黑麦草SGR的表达，成功规避了组成型抑制SGR基因耐热性弱等缺点。该载体采用Gateway-compatible体系，诱导效率高，便于禾本科植物的基因表达和功能分析研究。

南京农业大学张敬博士为论文第一作者，南京农业大学蒋甲福教授和贵州省草业研究所王普昶研究员参与了该项目的研究工作。该研究得到了国家自然科学基金和江苏省农业科技自主创新资金项目的资助。


原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14296