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廣州中醫藥大學/中山大學合作團隊揭示青藏高原植物強光適應機制
青藏高原（Qinghai-Tibet Plateau），亞洲內陸高原，是中國大、世界海拔的高原，被稱為“世界屋脊”、“第三極”。青藏高原一般海拔在3000-5000米之間，平均海拔4000米以上，被稱為“離太陽近的地方”，具有較多的自然環境因素。特別是，由于青藏高原地區空氣密度低，大氣透明度高，吸收和散射的太陽光比其他地區少。因此，青藏高原地區擁有較強的太陽光。在青藏高原高海拔生境下，分布著大量特殊的植物資源，包括一些重要的藥用植物等。Tibet-0是我國著名植物學家、復旦大學鐘揚教授生前經過十年努力，在青藏高原海拔4150米的“無人區”發現的擬南芥生態型，并無私分享給同行開展科學研究，對于植物強光等環境適應相關研究提供了重要材料。
近日，廣州中醫藥大學藥用植物生理生態研究院研究人員在Environmental and Experimental Botany在線發表了題為 Increased photosystem II translation efficiency as an important photoprotective mechanism in an Arabidopsis thaliana ecotype (Tibet-0) adapted to high light environments的研究論文，揭示了青藏高原擬南芥Tibet-0適應強光環境的分子機制。
研究人員系統地分析了Tibet-0對強光的生理響應。發現與哥倫比亞型擬南芥(Col-0)相比，Tibet-0在持續強光條件下具有更高的PSⅡ光合活性。葉綠素熒光分析表明，Tibet-0在強光下表現出較高的PSⅡ量子產量 (ФPSⅡ)、光化學淬滅 (qP) 和電子傳遞速率 (ETR)。然而，葉片或葉綠體移動、狀態轉換、活性氧清除、非光化學淬滅、環式電子傳遞等經典光保護途徑并沒有明顯優勢。
有趣的是，Blue Native-PAGE和免疫印跡分析表明，在標準光和強光條件下，Tibet-0的PSII復合物及亞基的豐度顯著高于Col-0。然而，相較Col-0，Tibet-0的PSII蛋白降解并沒有太大改變，提示可能是由于蛋白合成加快所致。核糖體-新生鏈復合物定量PCR (RNC-qPCR) 結果表明PSII核心亞基psbA、psbB、psbC和psbD的翻譯效率均顯著高于Col-0。翻譯調控可以觸發對環境壓力的更快反應。提高易受損傷的光合蛋白的翻譯效率有利于Tibet-0適應長期強光脅迫。
此外，在強光處理后，Tibet-0中的大量葉綠體核糖體蛋白相關基因表達激活。這些結果提示，Tibet-0通過激活葉綠體核糖體蛋白表達，組成型的提高PSII蛋白的翻譯效率來增強其光保護能力。
該研究揭示了高原植物可以通過組成型增加光系統蛋白翻譯效率應對光系統蛋白損傷，為理解高海拔地區植物的強光適應機制提供了新視角。
廣州中醫藥大學靳紅磊教授和申妍婷研究員為本論文的共同通訊作者，張曼博士生（中山大學2017級博士研究生）為作者，廣州中醫藥大學王宏斌教授和中山大學劉兵副教授參與指導了本項研究，暨南大學張弓教授等也參與了本項研究，相關工作得到了國家自然科學基金和廣東省特支計劃等的資助。謹以此文致敬鐘揚教授！