Rubisco活化酶及其对Rubisco的调节作用

介绍了Robisco活化酶的发现和分子生物学特性，以及活化酶对光合作用中的关键酶──Ru－bisco的调节机制，这种调节主要是通过减轻磷酸糖的抑制作用实现的。     

Rubisco活化酶的分子生物学

Rubisco活化酶是广泛存在于光合生物中、调节Rubisco活性的酶,Rubisco活化酶同时具有活化Rubisco和催化ATP水解的作用.它依赖ATP水解,促使RuBP或其它磷酸糖类从Rubisco上解离下来,以恢复Rubisco的活性.该文介绍Rubisco活化酶的分子特性、作用机制、光合作用调节及基因工程的最新研究进展.     

Rubisco活化酶的研究进展

Ｒｕｂｉｓｃｏ活化酶是最近发现的一种该编码的叶绿体蛋白,它在叶绿体内具有激活光合碳同化限速酶Ｒｕｂｉｓｃｏ的功能,该酶能在生理水平ＲｕＢＰ,ＣＯ２浓度（１０μｍｏｌ／Ｌ）下使Ｒｕｂｉｓｃｏ达到最大的活化程度,Ｒｕｂｉｓｃｏ活化酶的研究揭示了长期以来未能解决的Ｒｕｂｉｓｃｏ在体内活化的机理,Ｒｕｂｉｓｃｏ活化酶能解除磷酸糖对Ｒｕｂｉｓｃｏ活性的抑制作用,它的活化活性需要有ＡＴＰ的存在,同时它有ＡＴＰ     

Rubisco活化酶的研究进展

Rubisco活化酶是近年中发现的一种可以调节Rubisco活性的酶,它能使Rubisco在植株体内条件下达到最大活化程度。Rubisco活化酶不仅具有活化Rubisco的活性,而且具有ATP水解酶活性。在ATP水解过程中,Rubisco活化酶促使各种磷酸糖抑制物从Rubisco上解离下来,恢复Rubisco活性。Rubisco活化酶的发现与研究使许多Rubisco体内活化中的疑难问题得到了阐明。本文还介绍了Rubisco活化酶的分子特性、酶作用机制以及环境因素对它活性影响等方面的最新研究进展。     

Rubisco活化酶的研究进展

Rubisco活化酶是近年中发现的一种可以调节Rubisco活性的酶 ,它能使Rubisco在植株体内条件下达到最大活化程度。Rubisco活化酶不仅具有活化Rubisco的活性 ,而且具有ATP水解酶活性。在ATP水解过程中 ,Rubisco活化酶促使各种磷酸糖抑制物从Rubisco上解离下来 ,恢复Rubisco活性。Rubisco活化酶的发现与研究使许多Rubisco体内活化中的疑难问题得到了阐明。本文还介绍了Rubisco活化酶的分子特性、酶作用机制以及环境因素对它活性影响等方面的最新研究进展。     

烟草Rubisco活化酶的纯化及其特性

利用35％饱和硫酸铵分部、DEAE－Sephacel和FPIC－MonoQ柱层析等步骤从烟草叶片中纯化了Rubisco活化酶,并制备了其专一性抗体。此法不仅快速,而且比活力高。以往认为菠菜和拟南芥Rubisco活化酶由两种亚基组成。通过快速制备的粗提液分析．发现烟草Rubisco活化酶由一种42kD的亚基组成。即使在有多种蛋白酶抑制剂存在的情况下,此亚基仍很易降解为39kD的亚基。ATP不仅对酶的活性所必需,而且也有利于维持酶的稳定性。该酶的热稳定性远比Rubisco差。     

植物Rubisco活化酶的研究进展

植物Rubisco活化酶广泛存在于光合生物中,是AAA＋家族成员,具有ATP酶活性,并具有对温度反应的活化Rubisco和分子伴侣的双重功能。该文重点介绍了近年来对Rubisco活化酶的分子特性、作用机制、温度等因子的影响及基因工程研究的最新进展。     

烟草Rubisco活化酶的纯化及其特性

利用３５％饱和硫酸 分部、ＤＥＡＥＳｅｐｈａｃｅｌ和ＦＰＬＣ＝－ＭｏｎｏＱ柱层析等步骤从烟草叶片Ｒｕｂｉｓｃｏ活化酶,并制备了其性抗体。此法不仅快速,而且比活力高。以往认为菠菜和拟南芥Ｒｕｂｉｓｃｏ活化酶由两种亚基组成。通过快速制备的粗提液分析,发现烟草Ｒｕｂｉｓｃｏ活化酶同一各４２ＫＤ的亚基组成。即使在有多种收白酶抑制的情况下,此亚基仍很易降３９ＫＤ的亚基。ＡＴＰ不仅对酶的活性所必需,而且也有利     

小麦Rubisco 活化酶基因的克隆和表达特性

Rubisco活化酶是广泛存在于光合生物中调节Rubisco活性的酶, 我们利用PCR技术, 从小麦(Triticum aestivum)叶片cDNA文库中克隆得到Rubisco活化酶基因cDNA片段, 该片段长度为850 bp, 编码201个氨基酸。Northern blot表明, 小麦叶片在暗诱导衰老的条件下, 叶片中活化酶基因表达水平逐渐下降; 同时, 小麦叶片的光合特性、叶绿素含量和Rubisco活性呈现下降趋势。这些结果表明, 衰老时小麦叶片Rubisco活化酶基因表达水平下降与光合速率下降密切相关。     

小麦Rubisco活化酶基因的克隆和表达特性

Rubisco活化酶是广泛存在于光合生物中调节Rubisco活性的酶,我们利用PCR技术,从小麦(Triticum aestivum)叶片cDNA文库中克隆得到Rubisco活化酶基因cDNA片段,该片段长度为850 bp,编码201个氨基酸.Northern blot表明,小麦叶片在暗诱导衰老的条件下,叶片中活化酶基因表达水平逐渐下降;同时,小麦叶片的光合特性、叶绿素含量和Rubisco活性呈现下降趋势.这些结果表明,衰老时小麦叶片Rubisco活化酶基因表达水平下降与光合速率下降密切相关.     

水稻叶片Rubisco 活化酶表达的昼夜变化

在 48h的自然光照、连续光照和连续黑暗处理下 ,水稻幼苗rcamRNA的含量均表现出昼夜节奏特性 ,其中以自然光周期中变化最为明显。在光暗交替的条件下 ,RCA含量虽也表现出明显的昼夜变化 ,但连续黑暗处理其含量持续下降 ,连续光照则其含量先上升然后下降 ,说明它不发生节昼现象。这些结果表明RCA表达在转录和翻译水平上的调控机制不同 ,转录既由光暗交替控制又受内生节奏调节 ,而翻译则更大程度上由光调节     

光和糖对水稻Rubisco活化酶基因表达的影响

水稻黄化苗在光照２ｈ内其Ｒｕｂｉｓｃｏ活化酶的ｍＲＮＡ物收白量明显增加,然后维持在相对 水平。光对水稻Ｒｕｂｉｓｃｏ活化酶的基因表达的诱导作用主要在转录水平上。Ｒｕｂｉｓｃｏ活化酶主要在绿叶中表达,这与Ｒｕｂｉｓｃｏ基因表达的器官特异性完全一致。用等渗葡萄糖喂养成熟的水稻叶片１ｈ,促使水稻Ｒｏｕｂｉｓｃｏｄｄ 、ｉｈ ｇｏｇ ａｄ ｔ Ｒｕｂｉｓｃｏ活化酶可ｍＲＮＡ含量下降同样蔗糖对Ｒ７ｕｂｉｓｃ     

CO2浓度对条浒苔Rubisco酶聚集蛋白核的影响

以生长快速、细胞具多个蛋白核的大型海藻条浒苔作为材料研究CO2浓度对条浒苔Rubisco酶在蛋白核和叶绿体基质之间迁移的影响.应用金标免疫电镜分子定位技术对Rubisco酶集中蛋白核程度进行数值化分析.电镜下可观察到标记Rubisco的金颗粒大部分集中分布在蛋白核中.根据Morita(1997)提出的方法,设定PR-ratio值(蛋白核内分布的Rubisco酶总量与蛋白核外类囊体基质中的Rubisco酶总量之比)作为衡量Rubisco集中蛋白核程度的分析指标.不同CO2浓度对于Kubisco酶分布的长期影响和短期影响研究均显示CO2浓度升高时,Rubisco倾向于向叶绿体基质中扩散;CO2浓度较低或无CO2培养时,Kubisco酶不断向蛋白核中集中.研究结果显示,蛋白核可能在光合作用和CCM机制中具有重要作用.     

低温弱光对黄瓜幼苗Rubisco与Rubisco活化酶的影响

以‘津优3号'黄瓜幼苗为试材,研究弱光(100 μmol·m-2·s-1)下适温(WL:25℃/18℃)、亚适温(ST+WL:18℃/12℃)和低温(LT+WL:10℃/5℃)对黄瓜幼苗光合速率(Pn)、核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)、Rubisco活化酶(RCA)活性及其基因表达量的影响.结果表明:与对照(25℃/18℃,400 μmol·m-2·s-1)相比,WL、ST+WL和LT+WL处理的单株叶面积和干物质量均明显减小.处理初期,Pn、Rubisco活性及其大亚基基因(rbcL)、小亚基基因(rbcS)表达、RCA活性与基因(CsRCA)表达量大幅度降低,5～7 d后,WL处理趋于平稳,ST+WL处理缓慢回升,而LT+WL处理持续下降,表明黄瓜光合机构对适温弱光和亚适温弱光环境有逐步适应机制.Rubisco和RCA活性及其基因表达对低温弱光的响应与Pn基本一致,表明低温弱光下RCA和Rubisco活性及其基因表达量下降是黄瓜幼苗Pn降低的重要原因.     

光和糖对水稻Rubisco活化酶基因表达的影响

水稻黄化苗在光照2h内其Rubisco。活化酶的mRNA和蛋白量明显增加,然后维持在相对稳定的水平。光对水稻Rubisco活化酶的基因表达的诱导作用主要在转录水平上。Rubisco活化酶主要在绿叶中表达,这与Rubisco基因表达的器官特异性完全一致。用等渗葡萄糖喂养成熟的水稻叶片1h,促使水稻Rubisco大、小亚基和Rubisco活化酶可翻译mRNA含量下降。同样蔗糖对Rubisco小亚基和Rubisco活化酶的表达也有抑制,其作用弱于葡萄糖。     

水稻黄绿叶基因的克隆及应用

进一步提高水稻产量，最大限度满足国家对食物安全的需求是水稻遗传育种的重大任务。水稻干物质产量的90％-95％来自光合作用。目前高产水稻光能利用率也仅1．5％-2．0％。理论上，植物光能利用率可达13．0％-14．0％，水稻理想的光能利用率应达3．0％-5．0％。因此，培育高光效的超高产品种是提高产量的主要途径之一。长期以来，水稻光合作用的相关研究大多停留在生理水平上，同时，传统的杂交育种手段在改良水稻光能利用方面至今尚未取得令人满意的结果，而叶色突变体是开展光合作用研究的理想材料。     

彩叶草Rubisco活化酶基因SsRCA的分子特征及其表达模式

为研究观赏植物彩叶草的光合特性,根据Rubisco活化酶(RCA)的保守区域简并扩增获得的保守片段,采用RACE方法,克隆了RCA全长cDNA,命名为SsRCA(GenBank登录号FJ787730).SsRCA cDNA全长1 548bp,包含1个1 311bp的ORF框,编码436个氨基酸的前体蛋白.其5'-UTR区含有1个终止子TAA,3'-UTR区具有2个mRNA非稳定性相关的DST-like元件和推测的加尾信号AATAAA.SsRCA蛋白具有定位于叶绿体的N端转运肽,具有2个保守的ATP-binding结构域、1个sensor 2基序和多个磷酸化位点.多序列比对和系统进化分析表明,SsRCA与其他植物的RCA蛋白具有较高的一致性,属于RCA的β亚基.表达分析表明,SsRCA基因在含有绿色组织的茎、叶和萼片表达.在9 h黑暗和15 h光照的光周期处理中,正午时表达量最高,午夜时表达量最低,具有明显的光诱导表达特性.     

He-Ne激光和增强UV-B辐射对小麦幼叶叶绿素荧光和Rubisco活化酶的影响

选用小麦‘ML7113’品种为材料,人工模拟He-Ne激光(5mJ·s-1·mm-2)、增强UV-B(10.8kJ·m-2·d-1)辐射及两者复合辐照进行处理,利用叶绿素荧光仪、考马斯亮蓝G-250染色法和PCR技术研究7d龄小麦幼苗叶绿素荧光特性、Rubisco活化酶含量、基因表达量及其基因序列的变化。结果表明:(1)与对照组相比,增强UV-B辐射后,小麦幼苗叶绿素荧光特性减弱,Rubisco活化酶含量及其基因表达量均下降;而低剂量的He-Ne激光辐照后能够在一定程度上修复经UV-B辐射后对小麦幼苗叶绿素荧光特性所造成的损伤,且使Rubisco活化酶含量及其基因表达量上升。(2)与对照组相比,经He-Ne激光和增强UV-B辐射以及两者复合辐照处理后基因序列均出现两个相同的点突变,但并未造成氨基酸序列的变化。研究认为,低剂量He-Ne激光辐照能够在一定程度上修复受UV-B辐射小麦幼苗叶绿素荧光活性、Rubisco活化酶含量及其基因表达量的降低;He-Ne激光和增强UV-B辐射对小麦幼苗Rubisco活化酶活性的影响可能发生在其转录水平,从而使小麦光合能力发生相应的变化。     

大麦和玉米叶片叶绿体中Rubisco及其活化酶的免疫金标记定位

运用免疫金标记电镜技术研究了禾本科C3植物大麦(Hordeum vulgare L.)和C4植物玉米(Zea mays L.)叶片中Rubisoo及其活化酶(RCA)的细胞定位,结果表明:两种植物叶片解剖结构及叶绿体超微结构差别明显.在大麦叶细胞中,只有一种叶肉细胞叶绿体,Rubisoo和RCA主要分布于叶绿体的间质中.在玉米叶细胞中,存在着维管束鞘细胞和叶肉细胞两种类型叶绿体,Rubisco主要分布于鞘细胞叶绿体的基质中,但在叶肉细胞叶绿体中亦有少量特异性标记;RCA在鞘细胞叶绿体和叶肉细胞叶绿体的基质中都有分布.两种植物叶绿体结构及光合作用关键酶定位的不同,体现了C3植物和C4植物在光合器结构与功能上的差异.