光是植物生长发育过程中的重要信号，是光合作用的要素之一，但植物在强光下发生光抑制现象，主要为光系统Ⅱ(PSⅡ)中的D1蛋白受损、光合作用能力下降，同时，植物进化出修复损伤D1蛋白的机制，其中FtsH蛋白酶主要功能是及时降解清除损伤的D1蛋白。虽然FtsH2基因在模式植物拟南芥中有所研究，但FtsH2基因在作物中的功能尚未明晰。
东北地理所夏正俊课题组在Horticulture Research上发表了题为A critical role of PvFtsH2 in the degradation of photodamaged D1 protein in common bean的研究论文。本研究以中国菜豆品种大龙1号为背景材料，在60Co辐射创制突变体材料中发现一幼苗致死的pvsl1突变体，该突变体出苗后在田间或高光强下2周内死亡；在温室中低光强下则表现为失绿表型，还可正常开花结实。经INDEL分子标记将PvSL1候选基因定位在2号染色体53.7 kb区域内，候选基因Phvul.002G190900的CDS区域在pvsl1突变体中发生了1 bp的缺失，导致蛋白翻译提前终止。Phvul.002G190900基因（PvFtsH2）的表达量随光强增强而上调，在pvsl1突变体中其表达量明显下调。pvsl1突变体中PvFtsH2蛋白功能的丧失导致高光强下受损伤的D1蛋白不能被及时降解清除、造成PSⅡ的不可逆损害，使得光合作用能力下降、叶片细胞死亡，进而引致植株整体死亡。在pvsl1突变体中PvFtsH5和PvFtsH8的表达量上调，暗示其他FtsH家族成员亦具有部分补偿PvFtsH2降解清除光损伤D1蛋白的能力，使得pvsl1突变体在低光强下能够完成营养生殖生长。该研究结果揭示了PvFtsH2蛋白对确保菜豆光合系统在强光下正常运转发挥着重要的功能。
图１. 菜豆PvFtsH2蛋白在降解光损伤D1蛋白模型
东北地理所特别研究助理徐坤为该论文的第一作者，夏正俊研究员为该论文的通讯作者。该研究得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金等项目资助。
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