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生物学院研究团队在叶绿体分裂蛋白的机制研究上取得新进展

  日前,生物学院高宏波教授课题组对叶绿体分裂关键蛋白FtsZ1的有关作用机制进行了深入研究。 该研究发现的一类新型膜结合基序丰富了人们对蛋白质与生物膜结合的认知,在其他物种和其他细胞生理过程中也具有调控作用。

  

  叶绿体分裂是植物细胞中一个重要的生物学过程。叶绿体的分裂使细胞内的叶绿体保持一定的数目,从而对植物的正常生长发育和繁殖具有重要意义。因此,叶绿体分裂分子机制的研究是植物学研究领域的一个重要方向。

  

  FtsZ是细胞骨架微管蛋白的祖先。在叶绿体中,FtsZ是叶绿体分裂蛋白复合体的骨架蛋白,它不仅在叶绿体分裂环的组装过程中发挥着关键作用,还可以水解GTP驱动叶绿体的分裂。FtsZ环由FtsZ蛋白所组成,然而植物中含有FtsZ1和FtsZ2两个亚家族。在最新研究中,高宏波教授课题组通过生物信息学分析发现FtsZ1的C末端具有一个特殊的保守蛋白基序(motif),并将其命名为Z1C。缺少该基序的突变体叶绿体分裂异常,细胞内叶绿体分裂受阻,且大小不一。免疫荧光染色实验显示突变体的叶绿体中Z环呈长丝状,不能在分裂位点集聚。通过进一步的细胞生物学、生物化学和化学分析,发现Z1C基序是一个新型的膜结合基序。它不同于传统的双亲螺旋,而是β折叠。单个这样的基序具有相对较弱的膜结合能力,而含有该基序的多聚体则可以具有较强的膜结合能力。这种特殊的膜结合基序有利于Z环和叶绿体分裂复合体的动态调控。

  

FtsZ1 C末端的结构和作用模式图    Z1C基序帮助FtsZ2/FtsZ1多聚体结合到叶绿体的内膜上

  

  相关研究论文“A novel amphiphilic motif at the C-terminus of FtsZ1 facilitates chloroplast division”在植物学国际著名期刊The Plant Cell(一区,IF=11.3)上发表,刘小敏博士为该论文的第一作者,高宏波教授为通讯作者。博士生安进杰、王璐璐等参与了研究工作,研究得到了北京大学和北京化工大学大力支持。该项目得到了国家自然科学基金的资助。

  

  论文链接:https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koab272/6424909

作者:高宏波、刘小敏;审稿人:陆海      |     编辑:姜玥; 审核:杨金融