光系统II光损伤与激发能淬灭的时间分辨荧光研究：拟南芥模型揭示修复机制新见解

这篇研究通过时间分辨荧光技术，揭示了拟南芥光系统II（PSII）在光抑制（qI）条件下的动态变化。作者发现，在关闭（Fm）和开放（Fo）反应中心条件下，PSII核心复合物中光抑制淬灭体的形成与FtsH蛋白酶无关，而功能性PSII天线尺寸的增加是Fo升高的主因。研究为作物抗光损伤机制提供了新视角。

　　

亮点

本研究首次在拟南芥中同步分析了开放（F_o）和关闭（F_m）反应中心条件下光抑制对PSII荧光寿命的影响，揭示了核心复合物中淬灭体的形成机制，并推翻FtsH依赖的淬灭体降解假说。

材料与方法

实验使用野生型拟南芥、缺乏外周天线的chlorina突变体，以及FtsH2缺陷突变体var2-1和var2-5。通过条纹相机时间分辨荧光系统，在添加修复抑制剂林可霉素（lincomycin）或水的对照组中，测量不同光强处理后的荧光衰减动力学。

结果

1. F_m条件下：chlorina突变体数据显示，光抑制淬灭体直接形成于PSII核心复合物，与外围天线无关。

2. F_o条件下：光抑制导致PSII平均荧光寿命增加，但FtsH突变体实验表明，这与蛋白酶降解无关，而是功能性PSII天线尺寸扩增的结果。

3. 长期林可霉素处理证实，淬灭体稳定性与D1蛋白周转率直接相关。

讨论

光抑制淬灭体（qI）在植物中可能通过两种途径发挥作用：

• 在关闭的RC中作为"安全阀"耗散过剩能量

• 在开放RC中通过扩大天线尺寸维持能量捕获效率

  这一发现修正了藻类研究中"FtsH依赖淬灭体清除"的模型，为作物光适应策略提供了新靶点。

结论

拟南芥PSII通过动态调节天线结构与核心淬灭机制协同应对光损伤，该过程独立于FtsH介导的修复途径。研究为改善作物光能利用效率提供了理论依据。