光合蛋白组装依赖性翻译反馈调控在陆生植物中的进化分异

这篇研究揭示了陆生植物光合复合体组装过程中翻译反馈调控（CES）的保守性与多样性。通过系统分析烟草和拟南芥突变体，证实Rubisco和光系统II（PSII）存在保守的CES机制，而细胞色素b6f复合体（Cyt b6f）和ATP合酶则表现出不同于绿藻的调控模式。研究为理解光合作用进化提供了分子层面新见解，并揭示了跨复合体（如PSII-PSI）的翻译协调机制。

　　

光合蛋白组装依赖性翻译反馈调控的进化图景

系统探索陆生植物的反馈调控机制

研究团队通过构建烟草和拟南芥的光合复合体组装缺陷突变体，结合核糖体图谱分析（Ribo-seq）和转录组测序，系统比较了陆生植物与绿藻（如莱茵衣藻）在控制合成上位性（CES）机制上的异同。在Rubisco复合体中，研究验证了陆生植物保守的CES机制——核编码的小亚基（RBCS）通过翻译反馈调控叶绿体编码的大亚基（RbcL）合成，这与绿藻中的发现一致。

光系统II：分支式CES调控网络

在PSII组装中，烟草^psbD敲低突变体（KD-^psbD）显示：

1. 1.

   PsbD的N端区域调控^psbB翻译，而C端区域控制^psbA翻译，形成分支调控路径

2. 2.

   与绿藻的线性级联（PsbD→PsbA→PsbB）不同，陆生植物中PsbA不参与PsbB调控

3. 3.

   截断突变体Δ3’-^psbD证实PsbC缺失不影响^psbB翻译，排除其调控作用

免疫共沉淀和蓝绿温和电泳（BN-PAGE）进一步揭示，PsbB和PsbH能在缺乏其他PSII核心亚基时形成RC47中间体，暗示其独立稳定存在的特性可能参与反馈信号传递。

细胞色素b₆f：正向调控的新模式

研究颠覆了绿藻中PetA自调控的经典模型：

1. 1.

   烟草Δ^petB/D突变体中，PetA蛋白虽仅存留2-3%，但^petA翻译未受抑制

2. 2.

   ^petA过表达株系（^petA-ox-Δ^psaI）意外激活^petB翻译2倍，提示PetA可能通过未知因子正向调控PetB合成

3. 3.

   免疫追踪实验显示PetA/PetB周转率相似，排除蛋白稳定性差异的影响

ATP合酶：潜在的双层调控

对^ATPC敲低突变体（as-^ATPC）的分析发现：

1. 1.

   ATPC缺失导致双顺反子^atpH-atpF转录本减少，可能通过RNA加工调控

2. 2.

   ^atpA翻译轻度下降，但未观察到绿藻中AtpB→AtpA的级联效应

跨复合体的协调机制

研究还发现：

1. 1.

   PSII缺陷导致PSI核心亚基^psaA/B翻译下调，可能通过氧化还原信号平衡两个光系统

2. 2.

   Cyt b₆f功能缺失会抑制^psbA翻译，暗示电子传递链与PSII修复的偶联

3. 3.

   严重光合缺陷突变体中，叶绿体生物发生相关基因（如^rpoC1、^ycf2）表达上调

这项研究绘制了陆生植物光合复合体组装调控的进化图谱，揭示了从绿藻到高等植物过程中，部分CES机制被保留（如Rubisco），部分被重构（如PSII的分支调控），而有些则完全创新（如Cyt b₆f的正向调控）。这些发现为理解细胞器自主调控的进化逻辑提供了重要范式。