近日，华南农业大学生命科学学院朱国辉教授团队在Plant, Cell & Environment在线发表“Chloroplastic aspartyl-tRNA synthetase is required for chloroplast development, photosynthesis and photorespiratory metabolism”的研究论文，揭示了氨酰tRNA合成酶在光合作用和光呼吸代谢中的作用，为光合作用与光呼吸代谢调节方式提供了新的见解。
光呼吸是绿色植物在光下吸收氧气释放二氧化碳的过程，与光合作用同时发生，在植物生长发育和环境适应中起重要作用。光呼吸与植物基础代谢关系密切，但目前对光呼吸途径的调节机制并不清楚。该研究通过正向遗传学方法，筛选获得了一株具有典型光呼吸表型的拟南芥突变体，其在大气下生长迟缓、矮小黄化，但在高浓度CO2条件下能恢复正常生长。基因克隆和遗传互补实验表明其表型是AspRS3基因突变造成，该基因编码天冬氨酰-tRNA合成酶（AspRS）。AspRS3同时定位于叶绿体和线粒体，但其叶绿体定位是其功能发挥所必需的。
研究探讨了AspRS3影响光合作用和光呼吸代谢的作用机制：一方面，AspRS3功能缺失影响叶绿体编码蛋白的合成，比如叶绿体核糖体蛋白、Rubisco大亚基RBCL等，导致光合膜系统的破坏和活性氧的积累；另一方面，叶绿体蛋白合成受损与活性氧积累通过反向信号影响核基因表达，比如核编码核糖体蛋白，部分光呼吸酶比如Fd-GOGAT、SHMT等蛋白丰度下降，从而影响植物光合作用和光呼吸代谢。研究揭示了一种新的光合作用和光呼吸调节机制，为作物高光效遗传改良提供了基础。
光合作用与植物逆境生物学研究中心博士后席悦为本论文的第一作者，朱国辉教授为通讯作者。研究得到 “十四五”广东省农业科技创新十大主攻方向“揭榜挂帅”项目、国家自然科学基金、广东省自然科学基金和中国博士后科学基金的资助。
相关论文链接：https://doi.org/10.1111/pce.15330
文图/生命科学学院
