黄卫东教授团队在D1前体碳末端剪切酶研究取得重要进展

　　本网讯   食品学院黄卫东教授团队与美国加州大学伯克利分校栾升教授团队合作研究的光合系统II的核心蛋白——D1前体碳末端剪切酶研究取得进展，论文发表最近在美国科学院院报PNAS发表。

　　D1蛋白是光合系统II的核心蛋白,它是由叶绿体自身基因编码的一个蛋白,其合成时首先以碳末端带有一小段肽段的前体形式(precursor D1,pD1)出现。在蓝细菌和绿藻中,只有当D1前体的碳末端被切掉时,它才能形成有活性功能的成熟D1蛋白 (mature D1,mD1),行使这个剪切功能的蛋白被称为D1前体碳末端剪切酶(C-terminal processing protease ,CtpA)。由于高等植物CtpA的突变体较难以获得，故目前鲜有关于高等植物D1的成熟机制及CtpA 酶的相关报道。

　　新近发表的这一论文以拟南芥为材料,利用atctpa的突变体,鉴定得到了编码拟南芥CtpA酶(AtCtpA)的基因,并对其功能进行了深入研究。研究发现：体外表达纯化的带有GST标签的AtCtpA融合蛋白能够将D1的前体的碳末端尾巴剪切掉。同时，在不含有AtCtpA剪切酶的拟南芥突变体中（以下简称atctpa-1），所有的D1蛋白均以前体的形式存在。这表明，虽然推测拟南芥中含有三个CtpA的同源蛋白，但只有AtCtpA单独具有D1前体碳末端的剪切功能，其他另外两个同源蛋白并不具有此功能。

　　与蓝细菌和绿藻中的研究相似，atctpa-1突变体在正常的生长条件下是致死的，只有在低光，并添加2%蔗糖的1/2 MS 培养基上才能生长，即便如此，atctpa-1突变体中类囊体基粒的折叠结构也受到了很大的破坏。有意思的是，与蓝细菌中CtpA的功能不同，atctpa-1突变体中仍含有PSII单体和二聚体的复合体结构，其核心蛋白和外周蛋白也仍完整存在，但是此突变体中的PSII二聚体没有生物活性。

　　研究还进一步发现，atctpa突变体中不含有PSII的超级复合体结构，揭示了PSII超级复合体的组装和D1前体蛋白成熟过程间的联系。仅含2%的AtCtpA蛋白表达水平（与野生型拟南芥中的AtCtpA蛋白表达水平相比）的atctpa-2突变体，在低光的条件下能够正常生长，但是在高光的条件下，却表现出矮黄的表型，同时有大量的D1前体积累，表明了atctpa-2突变体中D1前体蛋白成熟过程的受阻，加剧了对光伤害的敏感性。

　　本文研究表明了D1蛋白成熟过程在生物起源过程中的重要性，同时也首次揭示了其在高等植物中，对光合作用超级复合体组装的重要功能，为更好地进一步研究D1蛋白的成熟过程在光合核心复合体和光扑捉复合体的组装过程中的重要作用提供了研究线索。