光照是光合作用最重要的環(huán)境因子之一。在自然界植物接受的光照強度時刻發(fā)生變化，過低或者過高的光強都會影響植物光合作用效率。因此，植物形成了獨特的生理機制來適應(yīng)外界光強的動態(tài)變化，以最大程度地維持高效光合作用。光適應(yīng)機制的相關(guān)研究對提高大田作物光合作用效率尤為重要，但是其相關(guān)分子機理還遠未被揭示。
中科院植物所遲偉研究組綜合運用遺傳學(xué)、生物化學(xué)以及植物生理學(xué)等多種技術(shù)手段，揭示了一種植物光適應(yīng)的新機制。科研人員以葉綠素?zé)晒鈪?shù)為指標(biāo)，篩選到一個對高光敏感的擬南芥突變體nadk2。遺傳分析表明，該基因編碼一個定位于葉綠體的NAD磷酸激酶，負(fù)責(zé)催化NAD生成 NADP+。該突變體由正常的光強轉(zhuǎn)移到高光條件時，光系統(tǒng)II（PSII）的最大光化學(xué)效率以及光合電子傳遞速率會顯著下降，表現(xiàn)出典型的光抑制現(xiàn)象。進一步的波譜學(xué)研究表明該突變體的光抑制性是由光系統(tǒng)I（PSI）功能受損引起的，PSI復(fù)合物的兩個亞基psaA和psaB的合成效率在該突變體中顯著降低。由于光合作用電子傳遞的最終產(chǎn)物就是還原力NADPH，以用于碳同化過程。NADK2能夠影響PSI電子受體側(cè)NADP庫的大小，從而間接影響植物體內(nèi)PSI復(fù)合物的生成。因此該研究在光適應(yīng)、還原力NADPH以及PSI合成之間建立了一種新的關(guān)聯(lián)機制。當(dāng)植物生長環(huán)境的光強發(fā)生變化時，葉綠體NADP庫的大小會隨光強發(fā)生改變。葉綠體會根據(jù)NADP庫的大小，利用一種特殊的反饋機制，自動調(diào)整psaA和psaB蛋白的合成速率，從而迅速調(diào)節(jié)PSI的含量和活性，避免PSI發(fā)生光抑制現(xiàn)象。該研究對深入認(rèn)識植物光合作用的光保護機制以及光反應(yīng)和碳同化協(xié)同機制提供了新的線索，也為作物光適應(yīng)能力的遺傳改造提供了一定的理論基礎(chǔ)。
該研究成果于4月6日在線發(fā)表于Plant Physiology期刊。植物所助理研究員季代麗為該研究論文第一作者（兼共同通訊作者），遲偉研究員為共同通訊作者，德國慕尼黑大學(xué) Jörg Meurer 教授為研究合作者。該研究得到了中國科學(xué)院、科技部以及國家自然科學(xué)基金委項目的資助。
文章鏈接：
https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiac161/6564234?login=true
（光合實驗室供稿）
植物NADK依賴的光合作用光強適應(yīng)新機制示意圖
標(biāo)簽： 光合作用
