高宏波教授研究组在叶绿体分裂研究领域取得新进展

叶绿体是植物进行光合作用等一系列重要生命活动的细胞器，其增殖方式与细菌类似，均为二元分裂。叶绿体起源于原始的蓝细菌，现代叶绿体的分裂装置继承了部分来自于细菌的蛋白，并且在进化过程中引入了重要的真核起源蛋白。原核起源的FtsZ和真核起源的ARC5分别定位于叶绿体内膜内侧和外膜外侧，形成分裂环。FtsZ和ARC5功能的协调需要通过跨越内膜和外膜的ARC6和PDV2蛋白相互作用。人们对ARC6和PDV2的功能虽然已有了初步研究，但其蛋白精细结构和互作的生物学功能还不是十分清楚。

生物学院高宏波教授研究组与北京化工大学冯越副教授研究组合作，成功解析了叶绿体膜间隙区域内PDV2-ARC6蛋白复合体的三维晶体结构。研究结果显示，PDV2朝向膜间隙的C端伸入ARC6蛋白形成的空腔中，就像钥匙插入锁中一样。根据晶体结构和体外生化实验发现，PDV2与ARC6的相互作用进一步诱导ARC6形成二聚体，因此推测PDV2在体内可以调控ARC6聚合。在一个新获得的pdv2突变体植物中，PDV2蛋白的点突变导致了ARC6蛋白二聚化的降低和ARC6环的异常，进而影响了叶绿体的正常分裂，这证明了上述设想，即PDV2在植物体内通过诱导ARC6形成二聚体从而凝聚FtsZ环。本研究运用了结构生物学、生物化学、遗传学和细胞生物学等技术，详细描述了ARC6和PDV2互作的结构基础，并深入研究了其生物学功能，这是首次将结构生物学运用到解析叶绿体分裂蛋白功能的研究，为叶绿体分裂机理研究提供了新认识和新思路。

本研究已于近日在植物学国际顶级期刊、自然出版集团（NPG）旗下的新刊《自然-植物》（NaturePlants）以研究长文（article）的形式在线发表，该刊为此专门发表评论文章（News and views），给予高度评价。高宏波教授和我院生物基地班毕业学生冯越副教授为该研究论文的共同通讯作者，高宏波课题组的研究生李劲宇和孙青青以及冯越课题组的研究生王文贺和于晓宇为共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。
附：论文链接http://www.nature.com/articles/nplants201711
评论链接http://www.nature.com/articles/nplants201725