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Stengel KF Holdermann I Cain P Robinson C Wild K Sinning I 《Science (New York, N.Y.)》2008,321(5886):253-256
Secretory and membrane proteins carry amino-terminal signal sequences that, in cotranslational targeting, are recognized by the signal recognition particle protein SRP54 without sequence specificity. The most abundant membrane proteins on Earth are the light-harvesting chlorophyll a/b binding proteins (LHCPs). They are synthesized in the cytoplasm, imported into the chloroplast, and posttranslationally targeted to the thylakoid membrane by cpSRP, a heterodimer formed by cpSRP54 and cpSRP43. We present the 1.5 angstrom crystal structure of cpSRP43 characterized by a unique arrangement of chromodomains and ankyrin repeats. The overall shape and charge distribution of cpSRP43 resembles the SRP RNA, which is absent in chloroplasts. The complex with the internal signal sequence of LHCPs reveals that cpSRP43 specifically recognizes a DPLG peptide motif. We describe how cpSPR43 adapts the universally conserved SRP system to posttranslational targeting and insertion of the LHCP family of membrane proteins. 相似文献
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【目的】 为了丰富和加深人们对植物叶色形成的分子机理认识,对水稻黄绿叶突变体ygl3（yellow green leaf 3）进行表型鉴定和基因克隆,阐明YGL3的分子功能,为解析YGL3调控水稻叶色形成的分子机理奠定基础。【方法】 从水稻中花11 CRISPR-Cas9敲除突变体库中鉴定出2份稳定遗传的等位黄绿叶突变体,命名为ygl3-1与ygl3-2,对突变体的表型进行鉴定,测定野生型和突变体苗期的叶绿素含量,运用透射电镜观察野生型和突变体ygl3的叶绿体结构。利用实时荧光定量PCR分析YGL3的组织表达模式,并使用BioXM 2.6软件对YGL3及其同源蛋白序列进行比对,采用酵母双杂交方法筛选YGL3的互作蛋白。【结果】 在苗期,与野生型相比,突变体ygl3叶片黄化,叶绿素、类胡萝卜素和总光合色素含量显著降低。透射电镜结果表明,突变体ygl3叶绿体形态异常,类囊体片层结构较少,而野生型叶绿体形态正常,类囊体片层结构排列有序。CRISPR-Cas9敲除位点鉴定结果表明,LOC_Os01g73450发生单碱基插入,导致蛋白翻译提前终止,该基因编码351个氨基酸的蛋白突变为55个氨基酸的截短蛋白。与野生型相比,LOC_Os01g73450的表达水平在突变体中显著下调。qRT-PCR结果表明YGL3在水稻根、穗、种子、叶鞘以及叶片中均有表达,且叶片中表达水平最高。YGL3编码一个质体定位的尿嘧啶核苷酸激酶。蛋白氨基酸序列比对表明YGL3蛋白在玉米、高粱、拟南芥等物种中均较为保守,与拟南芥同源蛋白氨基酸的同源性为59.4%。qRT-PCR结果表明,叶绿素合成基因（如HEMC、HEME和URO-D）在突变体ygl3中显著下调,而HEMB、HEMF和HEML等叶绿素合成基因在野生型与突变体之间无显著差异。酵母双杂交系统筛选水稻叶片酵母cDNA文库,发现YGL3与RNA编辑因子MORF8存在互作。【结论】 水稻黄绿叶突变体ygl3的表型是由LOC_Os01g73450突变导致,该基因与已报道的水稻黄绿叶基因YL2/YGL8等位。YGL3在叶片中高度表达,同时YGL3与MORF8在酵母中互作。 相似文献
3.
Chloroplasts are essential for plant photosynthesis and growth. Many genes have been identified that regulate plant chloroplast development. However, it is not known at a molecular level how these genes regulate chloroplast biogenesis. In this study, we isolated a mutant ygl2(yellow-green leaf2) that exhibited a pigment-defective phenotype. YGL2 encodes a geranylgeranyl reductase, and in mutant ygl2, there was a single base change(T1361 G) located in the third exon of YGL2 that resulted in a missense mutation(L454 R) in the encoded product. Transmission electron microscopy revealed that chloroplast development was impaired in the ygl2 mutant. The expression levels of plastid-encoded genes were significantly altered in the ygl2 mutant. Furthermore, in a yeast two-hybrid assay, we found that YGL2 interacted with the RNA editing factor MORF8. 相似文献
4.
对黄叶突变体-黄玉B的叶绿体超微结构和遗传特性进行研究。结果表明,野生型和突变体在相同的叶龄期,叶片内叶绿体个数差异不显著(P<0.05),但野生型的叶绿体基质浓厚、基粒片层堆叠比较整齐、有序,突变体基质较淡、基粒片层堆叠比较松散。遗传分析表明,该突变体黄叶性状受1对隐性基因控制,命名为xl(t);用SSR分子标记将xl(t)定位在第11染色体RM5349和RM21之间,遗传距离分别为0.82 cM和2.34 cM。 相似文献
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水稻黄绿叶突变体ygl13的鉴定及候选基因分析 总被引：2，自引：0，他引：2
【目的】对水稻黄绿叶突变体ygl13 (yellow-green leaf 13 )进行表型鉴定和候选基因检测,以便了解水稻叶色形成和调控的分子机制。【方法】经甲基磺酸乙酯（EMS）诱变籼稻恢复系缙恢10号（Jinhui 10）,从中筛选出1份遗传稳定的黄绿叶突变体命名为ygl13,对突变体的表型进行系统观察,调查其成熟期的主要农艺性状,分别测定野生型和突变体苗期和孕穗期的叶片光合色素含量,同时利用透射电镜观察野生型和突变体ygl13的叶肉细胞及叶绿体结构。将表型正常的不育系西农1A与突变体ygl13杂交,根据F1和F2群体的性状表现与分离情况,分析该突变性状的遗传行为,并以F2作为基因定位群体,对突变体ygl13进行候选基因遴选和突变位点测序验证。【结果】突变体ygl13的植株叶片在整个生育期均呈现黄绿色,与野生型缙恢10号相比,突变体ygl13苗期和孕穗期叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均极显著降低。透射电镜观察结果显示,与野生型相比,突变体ygl13叶绿体结构异常,基质片层减少退化,类囊体片层减少,不规则的散乱分布。农艺性状调查结果表明,突变体ygl13穗总粒数增加了26.06%,株高和结实率分别降低了12.33%和18.82%,但穗长、有效穗、穗实粒数和千粒重无显著差异。F2群体正常叶色的植株数与黄绿叶植株数分离比经χ2测验符合3﹕1分离比例（χ2=2.35＜χ20.05=3.84）,表明ygl13的黄绿叶性状由1对隐性核基因控制。YGL13被定位于第8染色体短臂InDel标记ID43和ID69之间,遗传距离分别为4.0和0.5 cM,区间物理距离约为318 kb,共有52个基因。经测序比对分析发现,ygl13突变体在OsSIG1编码区的第1 005个碱基G突变为碱基A（位于第三外显子）,造成编码色氨酸（Trp或W）的密码子突变为终止密码子,导致蛋白翻译提前终止,则该基因编码520个氨基酸的蛋白质突变为334个氨基酸的截短蛋白。qRT-PCR结果表明,突变体ygl13部分光合色素代谢途径和光系统相关基因表达紊乱。【结论】水稻突变体ygl13的黄绿叶性状由1对隐性核基因控制,该基因与已报道的水稻质体σ因子OsSIG1为等位基因。 相似文献
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[目的]研究施氮量对甘蔗叶片叶绿体超微结构和光合速率的影响,明确氮素影响甘蔗光合作用的细胞学机理,为甘蔗合理施肥提供科学依据.[方法]以甘蔗品种GT11、ROC22和GXB9为试验材料,在温室内进行桶栽试验,设低氮、中氮和高氮3个施氮水平,即分别施用0、150和300 kg/ha尿素,于伸长期取叶片样品分析叶绿素相对含量(SPAD)、叶面积、比叶重和叶绿体超微结构,并测定光合速率.[结果]3个甘蔗品种叶片的SPAD和叶面积均随施氮水平的增加而增加.GT11和ROC22的比叶重随施氮量的增加显著降低(P<0.05,下同),GXB9的比叶重在中氮水平最低.GT11在高氮水平下叶绿体超微结构正常;ROC22在中氮水平下叶绿体数量最多,但基粒片层数量显著少于高氮水平;GXB9在中氮水平下叶绿体数量最多,基粒片层与高氮水平时无明显差异.GT11和ROC22的净光合速率随施氮水平的增加而增加,GXB9净光合速率在中氮水平最高.[结论]甘蔗光合速率与叶绿体数量、叶绿体超微结构及基粒片层数量密切相关,且均受甘蔗品种和施氮量的共同影响. 相似文献
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OsPPR9 encodes a DYW-type PPR protein that affects editing efficiency of multiple RNA editing sites and is essential for chloroplast development 
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下载免费PDF全文 CHEN Chang-zhao WANG Ya-liang HE Meng-xing LI Zhi-wen SHEN Lan LI Qing REN De-yong HU Jiang ZHU Li ZHANG Guang-heng GAO Zhen-yu ZENG Da-li GUO Long-biao QIAN Qian ZHANG Qiang 《农业科学学报》2023,22(4):972-980
Photosynthesis occurs mainly in chloroplasts, whose development is regulated by proteins encoded by nuclear genes.Among them, pentapeptide repeat(PPR) proteins participate in organelle RNA editing. Although there are more than 450members of the PPR protein family in rice, only a few affect RNA editing in rice chloroplasts. Gene editing technology has created new rice germplasm and mutants, which could be used for rice breeding and gene function study. This study evaluated the functions of OsPPR9... 相似文献
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银丝竹不同叶色叶绿素合成及叶结构差异 总被引：1，自引：0，他引：1
为探明银丝竹叶色差异的原因,对银丝竹不同叶色叶片的光合色素含量、 叶绿素合成前体相对含量及叶片显微和超微结构进行研究.结果表明:1)银丝竹不同叶色间的光合色素含量存在显著差异,其含量随着绿色叶片面积的下降而下降;2)银丝竹叶片出现白色性状的原因在于其叶绿素生物合成过程受阻,受阻点可能位于粪卟啉原Ⅲ至原卟啉原Ⅸ的转化过程中;3)两种叶色叶片表皮细胞无明显差异,但白色叶肉细胞中内容物明显缺失;4)绿色叶肉细胞中具有丰富而完整的叶绿体结构,而白色叶肉细胞中呈现出叶绿体膜结构模糊,无完整边界等形态,基粒类囊体片层不规则或呈空泡状,在多数细胞内可见较明显的嗜锇颗粒.本研究从生理层面初步解释了银丝竹叶色差异的原因,为进一步开展相关分子机理研究奠定了基础. 相似文献
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OsDXR interacts with OsMORF1 to regulate chloroplast development and the RNA editing of chloroplast genes in rice 下载免费PDF全文
下载免费PDF全文 CAO Peng-hui WANG Di GAO Su LIU Xi QIAO Zhong-ying XIE Yu-lin DONG Ming-hui DU Tan-xiao ZHANG Xian ZHANG Rui JI Jian-hui 《农业科学学报》2023,22(3):669-678
Plant chlorophyll biosynthesis and chloroplast development are two complex processes that are regulated by exogenous and endogenous factors. In this study, we identified OsDXR, a gene encoding a reductoisomerase that positively regulates chlorophyll biosynthesis and chloroplast development in rice. OsDXR knock-out lines displayed the albino phenotype and could not complete the whole life cycle process. OsDXR was highly expressed in rice leaves, and subcellular localization indicated that OsDXR i... 相似文献
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钾营养影响水稻叶绿体的形态定量分析 总被引：2，自引：0，他引：2
应用透射电镜观察了不同钾营养（ｋ０：不施钾;ｋ１：１．５ｇ／盆）影响水稻叶绿体发育的超微结构,并应用图象分析技术和形态计量学方法,测定分析了叶绿体的二维形态参数和三维体视学参数。结果表明：水稻叶绿体的面积、周长、等效直径在抽叶第９天比第２天显著增大（ｐ＜０．０１）,ｋ１较ｋ０有显著增大（ｐ＜０．０１）。体密度、面密度随生长期而增大,方差分析显示与生长天数呈高度正相关（ｐ＜０．０１）,ｋ１较ｋ０有一定的增大。ｋ１叶绿体发育较ｋ０提早,而解体较迟。本实验结果进一步证明了钾有促进水稻叶绿体发育、延缓其衰老、提高光合作用的效应。 相似文献
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基于高通量测序组装‘赤霞珠’叶绿体基因组及其特征分析 总被引：2，自引：0，他引：2
【目的】以欧亚种葡萄‘赤霞珠’(Cabernet Sauvignon)为试材,建立适于葡萄属(Vitis)植物完整叶绿体基因组组装及其特征分析的方法,为研究葡萄属植物的进化和系统发育提供方法指导。【方法】采用Illumina Hi Seq PE150双末端测序策略对其全基因组DNA建库测序,建库类型为350 bp DNA小片段文库,测序深度为10倍。以已发表的拟南芥(Arabidopsis thaliana)和欧亚种葡萄‘黑比诺’(Pinot Noir)的叶绿体基因组序列为参考,通过BLASTN比对提取葡萄叶绿体基因组序列,并用SOAPdenovo软件进行组装,得到‘赤霞珠’完整的叶绿体基因组并对其进行特征分析。【结果】基于高通量Illumina测序,共获得5.2 G的全基因组原始数据,其中,葡萄叶绿体基因组序列为0.42 G,约占全基因组序列的8%。用抽提出来的葡萄叶绿体基因组序列成功组装出‘赤霞珠’完整叶绿体基因组。特征分析表明,叶绿体基因组序列全长160 676 bp,包括大单拷贝区(large single copy,LSC)、小单拷贝区(small single copy,SSC)和2个反向重复序列(inverted repeat,IRA和IRB),长度分别为89 134、19 072和26 235 bp,具有典型被子植物叶绿体基因组环状四分体结构;共注释得到154个基因,包括99个蛋白编码基因、47个t RNA基因和8个r RNA基因;其叶绿体基因组的GC含量为37.43%;共检测到37个串联重复序列(tandem repeat sequence)和53个散在重复序列(dispersed repeats),其中,绝大部分串联重复序列的长度为11—42 bp,占叶绿体基因组序列的0.83%,而散在重复序列占叶绿体基因组序列的5.33%;此外,还检测到50个简单重复序列(simple sequence repeats,SSR)位点,大部分的SSRs均由A或T组成,同时SSRs在‘赤霞珠’叶绿体基因组上的分布是不均匀的,LSC区段含有39个SSRs,而SSC区段和IR区段分别仅有7个和4个SSRs;与蛋白编码基因对应的密码子偏好使用A/T碱基,并且编码亮氨酸(L)的密码子使用频率最高,而编码半胱氨酸(C)的密码子使用频率最低;系统发育分析表明‘赤霞珠’与‘黑比诺’、夏葡萄(Vitis aestivalis)、圆叶葡萄(Vitis rotundifolia)亲缘关系最近。【结论】基于全基因组高通量测序的方法,成功组装出‘赤霞珠’完整的叶绿体基因组,与传统获得叶绿体基因组的方法相比,此方法不需要分离叶绿体和提取cpDNA,缩短了试验时间、降低了劳动强度,并且极大地提高了试验的可行性。‘赤霞珠’叶绿体基因组的基因结构、基因顺序、GC含量和密码子偏好性均与典型的被子植物叶绿体基因组类似。 相似文献
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【目的】分析黄丹木姜子（Litsea elongata）叶绿体基因组特征,为木姜子属物种鉴定、遗传多样性分析和资源保护提供理论参考。【方法】基于Illumina HiSeq 2000高通量测序平台对黄丹木姜子叶绿体基因组进行测序,利用GeSeq在线工具对叶绿体基因组进行注释,并利用REPuter、MISA、CodonW和IQ-TREE等生物信息学软件对其基因组结构、基因数目、序列重复、密码子使用偏性和系统发育进行分析。【结果】黄丹木姜子叶绿体基因组全长为154028 bp,具有典型的四分结构,编码126个基因,其中蛋白编码基因82个,rRNA基因 8个,tRNA基因 36个。叶绿体基因组的注释基因中,有9个基因含1个内含子,有3个基因含有2个内含子,其余基因均不含内含子;44个基因编码蛋白参与光合作用信号途径,21个基因编码蛋白构成了核糖体大小亚基。黄丹木姜子叶绿体基因组含有32对长序列重复和90个SSR位点,其中,正向重复和回文重复最多,均为12对,反向重复和互补重复分别为6和2对;95.56%的SSR位点位于单拷贝区［大单拷贝区（LSC）和小单拷贝区（SSC）］,仅4.44%的SSR位点位于反向重复区（IR）。黄丹木姜子叶绿体蛋白编码基因GC含量为39.14%,GC3s为27.95%,平均有效密码子数（ENC）为49.04,说明其密码子偏性弱;相对同义密码子使用度（RSCU）大于1.00的密码子31个,其中13个以A结尾,16个以U（T）结尾。系统发育进化树分析结果显示,木姜子属的14个物种聚为两组,其中黄丹木姜子和10种木姜子属植物聚在一个组,与日本木姜子的亲缘关系最近。【结论】黄丹木姜子叶绿体基因组结构保守,偏好A或U（T）结尾的密码子,鉴定的SSR位点可用于物种鉴定和群体遗传学研究。 相似文献
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水稻叶片的光合作用在确定最终的水稻产量中发挥着重要作用,其决定了水稻约70%的产量。但是,从蛋白质水平对水稻叶片如何影响产量方面的研究十分有限。为了从分子水平揭示水稻叶片的功能,文章以水稻品种kasalath为材料,利用蛋白质组的差异表达手段,对水稻剑叶和倒二叶进行了研究。通过比较蛋白质组学方法,作者发现一些有趣的现象。处于同一阶段的旗叶与倒二叶相比,蛋白水平上未表现出特别明显的差异,表明二者可能有相同的功能。然而,当比较灌浆过程中处于不同发育阶段的叶子时,他们显示出一些显著不同的蛋白质斑点,尤其在等电范围接近7的地方,这些蛋白点在阶段7大量存在,而在阶段9则消失。质谱分析表明,这些蛋白点均属于核酮糖二磷酸羧化酶大亚基,其功能是光合作用中二氧化碳的同化和光呼吸的碳氧化。这种蛋白质组的动态表达表明水稻在早期的灌浆中主要依赖于该酶进行碳水化合物生产,而在灌浆后期快完成时,该酶则会消失。 相似文献
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OsHemA gene,encoding glutamyl-tRNA reductase(GluTR) is essential for chlorophyll biosynthesis in rice(Oryza sativa) 下载免费PDF全文
下载免费PDF全文 ZENG Zhao-qiong LIN Tian-zi ZHAO Jie-yu ZHENG Tian-hui XU Le-feng WANG Yi-hua LIU Ling-long JIANG Ling CHEN Sai-hua WAN Jian-min 《农业科学学报》2020,19(3):612-623
Chlorophyll(Chl) biosynthesis is essential for photosynthesis and plant growth. Glutamyl-tRNA reductase(GluTR) catalyzes glutamyl-tRNA into glutamate-1-semialdehyde(GSA) and initiates the chlorophyll biosynthesis. Even though the main role of GluTR has been established, the effects caused by natural variations in its corresponding gene remain largely unknown. Here, we characterized a spontaneous mutant in paddy field with Chl biosynthesis deficiency, designated as cbd1. With intact thylakoid lamellar structure, the cbd1 plant showed light green leaves and reduced Chl and carotenoids(Cars) content significantly compared to the wild type. By map-based gene cloning, the mutation was restricted within a 57-kb region on chromosome 10, in which an mPingA miniature inverted-repeat transposable element(MITE) inserted in the promoter region of OsHemA gene. Both leaf color and the pigment contents in cbd1 were recovered in a complementation test, confirming OsHemA was responsible for the mutant phenotype. OsHemA was uniquely predicted to encode GluTR and its expression level was dramatically repressed in cbd1. Transient transformation in protoplasts demonstrated that GluTR localized in chloroplasts and a signal peptide exists in its N-terminus. A majority of Chl biosynthesis genes, except for POR and CHLG, were down-regulated synchronously by the repression of OsHemA, suggesting that an attenuation occurred in the Chl biosynthesis pathway. Interestingly, we found major agronomic traits involved in rice yield were statistically unaffected, except for the number of full grains per panicle was increased in cbd1. Collectively, OsHemA plays an essential role in Chl biosynthesis in rice and its weak allele can adjust leaf color and Chls content without compromise to rice yield. 相似文献
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叶片是植物光合作用的主要场所,优良的叶片形态有利于塑造理想株型,提高光合效率。为了研究叶片形态建成的分子机制,从水稻T-DNA突变体库中筛选到1个叶片极度卷曲的突变体zw209,突变体有2个显著特征:1突变体泡状细胞数量和面积均变小;2突变体的叶绿素含量较高,具有较高的光合效率。遗传分析表明,zw209的突变性状由一对隐性核基因控制。通过图位克隆,将基因(ZW209)精细定位到9号染色体长臂上,位于In Del136和In Del140之间的92.3 kb区域内。在这个区域内,尚未见报告已克隆的卷叶基因,很可能是一个新的基因位点。上述结果明确了突变体的表型特征及遗传规律,为克隆ZW209基因和揭示其作用机理奠定基础。 相似文献
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为研究叶绿体血红素加氧酶HO1的生物学功能和分子作用机制,构建了拟南芥血红素加氧酶基因AtHO1的重组融合蛋白表达载体pET28a-AtHO1,质粒转化到Escherichia coli BL21(DE3)中诱导表达重组蛋白。经SDS-PAGE电泳检测,AtHO1的重组融合蛋白获得了高效表达,分子质量为28～36ku,且为可溶蛋白。重组蛋白经Ni-NTA亲和层析法纯化后,得到纯度较高的蛋白。纯化产物免疫新西兰大耳兔获得了专一识别重组蛋白6×His-AtHO1的抗血清,进一步提取拟南芥和水稻叶片总蛋白,蛋白质印迹检测显示,在分子质量28～36ku之间出现特异性条带,证明用重组蛋白6×His-AtHO1制备的多克隆抗血清可以与拟南芥和水稻HO1蛋白特异性结合,说明拟南芥HO1的抗血清能够用于水稻HO1的功能分析和应用研究。 相似文献
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Photosynthetic properties of the mid-vein and leaf lamina of field-grown,high-yield hybrid rice during senescence 下载免费PDF全文
下载免费PDF全文 Previous studies with rice (Oryza sativa L.) have shown that the different components of the photosynthetic apparatus are not uniformly synthesized or degraded during senescence. However, while most of those studies have focused on the leaf lamina, few have addressed senescence-associated chloroplast function or leaf physiology. Here, we investigated the photosynthetic properties of the mid-vein and leaf lamina in a high-yield hybrid rice cultivar (Liangyoupei 9, LYP9) during the senescence stage. Assimilation and transpiration decreased more slowly in the mid-vein than in the lamina during senescence, suggesting more sustained photosynthesis in the mid-vein, as well as stronger heat dissipation. Two-dimensional gel electrophoresis suggested that photosynthesis and energy metabolism were less affected by senescence in the mid-vein than in the leaf lamina. During late senescence, the excess energy dissipation in the mid-vein through the xanthophyll cycle had a higher active photosynthetic capacity than in the leaf lamina, and we inferred that the mid-vein and leaf lamina of LYP9 rice differed in terms of their maturation. Taken together, these results provide new insights into the underlying mechanisms of senescence of the rice mid-vein and associated physiology. 相似文献
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遮光对郁金香叶片叶绿素含量及叶绿体超微结构的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
在遮光条件下,观察供试郁金香5个品种的生长特性,研究了不同遮光处理对郁金香不同品种叶片叶绿素含量及叶绿体超微结构的影响.结果表明,夜皇后和牛津两个品种耐荫性强,适当遮光后使花期延迟,且植株生长正常.两个品种叶片叶绿素含量均随遮光增加而减少,且叶绿体超微结构发生相应的变化.遮光率大于50%时,叶绿体超微结构发生明显变化,... 相似文献