拟南芥叶绿体类囊体腔蛋白TLP7.6与CYP38协同调控光系统II组装的分子机制

《Communications Biology》：Characterization of Arabidopsis thaliana thylakoid lumen 7.6 protein functions in photosystem II assembly

编辑推荐：光系统II(PSII)组装机制尚不明确是制约光合效率提升的关键瓶颈。中国研究人员通过CRISPR/Cas9构建tlp7.6/cyp38-2双突变体，发现TLP7.6作为CYP38的辅助因子，通过稳定PSII超复合物(SC)和捕光复合体II(LHCII)促进光合作用。该研究发表于《Communications Biology》，为阐明类囊体腔蛋白功能网络提供新视角。

　　

光合作用是地球上最重要的生物能量转换过程，而光系统II(PSII)作为光合电子传递链的核心组件，其组装机制一直是植物生物学研究的重点难点。尽管已知类囊体腔定位的免疫亲和素Cyclophilin 38(CYP38)在PSII组装中发挥关键作用，但其分子机制和辅助因子网络仍不清晰。这一知识缺口严重制约了人们对光合膜蛋白复合体精准组装的理解，也限制了通过工程化改造提升作物光合效率的探索。

为破解这一难题，中国某高校的研究团队通过酵母双杂交筛选发现类囊体腔蛋白7.6(TLP7.6)与CYP38存在相互作用。他们利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建了tlp7.6单突变体和cyp38-2/tlp7.6-1双突变体，结合多组学分析揭示了TLP7.6作为CYP38功能协同因子的分子机制。研究发现，虽然tlp7.6单突变体表型正常，但双突变体表现出严重的生长迟滞、叶绿体结构异常和光合缺陷，表明TLP7.6在CYP38介导的PSII组装通路中具有不可替代的辅助功能。该成果发表于《Communications Biology》，为解析类囊体腔蛋白功能网络提供了新范式。

研究主要采用以下关键技术：1) CRISPR/Cas9构建基因编辑突变体；2) 蓝绿温和胶电泳(BN-PAGE)分析PSII超复合物动态；3) 透射电镜观察叶绿体超微结构；4) 叶绿素荧光仪测定光合参数；5) 免疫共沉淀验证蛋白互作。实验材料选用拟南芥哥伦比亚生态型(Col-0)及其衍生突变体。

Verification of the interaction between TLP7.6 and CYP38
通过AlphaFold3预测和免疫共沉淀实验证实TLP7.6与CYP38存在物理相互作用，其结合界面具有互补的静电表面和疏水区域。进化分析显示TLP7.6在陆生植物中高度保守，含有介导蛋白互作的BBK结构域。

TLP7.6is localized in the chloroplast thylakoid lumen
亚细胞定位实验表明TLP7.6-GFP融合蛋白特异性定位于类囊体腔，qRT-PCR显示其在叶片中高表达，暗示其光合相关功能。

Mutants deficient of TLP7.6 were obtained
成功构建tlp7.6-1(起始密码子突变)和tlp7.6-2(移码突变)两种纯合突变体，Western blot验证其为无效等位基因。

The absence of both CYP38 and TLP7.6 affects plant growth
表型分析发现双突变体呈现茎叶黄化、开花延迟、根长缩短等严重缺陷，生物量较单突变体下降50%，且外源蔗糖无法完全挽救表型。

Chloroplast ultrastructure defects
透射电镜揭示双突变体类囊体垛叠变薄、淀粉粒减少，而cyp38-2单突变体反而出现增厚现象，提示TLP7.6缺失阻碍了类囊体的适应性重塑。

Chlorophyll Fluorescence Analysis
虽然双突变体Fv/Fm值(PSII最大光化学效率)与cyp38-2相当，但其非光化学淬灭(NPQ)能力进一步降低，表明光保护机制受损。

PSII SC is compromised in the double mutants
BN-PAGE显示双突变体PSII超复合物(PSII SC)减少而单体(PSII-M)增加，二维电泳证实D1、CP47等核心蛋白含量下降，且高光下PsaD降解加剧。

该研究系统论证了TLP7.6作为CYP38辅助因子在PSII组装中的生物学功能。其创新性体现在三方面：首先，发现TLP7.6通过物理互作增强CYP38对PSII亚基的折叠能力；其次，揭示类囊体腔蛋白功能冗余性——TLP7.6仅在CYP38缺失时显现表型；最后，提出"类囊体腔伴侣网络"新概念，即多种腔蛋白协同保障PSII组装质量。这些发现不仅深化了对光合膜蛋白组装机制的理解，也为作物高光效育种提供了潜在靶点。未来研究可进一步探索TLP7.6是否参与PSII修复循环，以及其BBK结构域如何招募其他调控因子。