研究人员发现了嫩叶如何构建其第一批叶绿体的新细节

日本和英国的研究人员发现了嫩叶如何构建其第一批叶绿体(植物细胞的能量工厂)的新细节。研究人员确定了这种蛋白质的新作用，这种蛋白质在25年前首次被发现，但直到现在都没有被鉴定。

当一种新植物从种子发芽并开始生长其第一片叶子时，它就在为生存而竞争，以建立其叶绿体。如果没有叶绿体将阳光转化为能量，那赋予生命的阳光会通过产生有害的化学物质(称为活性氧物质)而使植物从内而外燃烧。建立叶绿体需要在发育中的叶绿体和植物细胞的中央DNA中心(细胞核)之间传递通信信号。

研究人员表征的蛋白质GUN1在叶绿体和细胞核之间的这种交流中起着重要作用，但其作用的细节尚不清楚。

东京大学的Masuda Tatsuru教授说：“ GUN1一直以来都是一个谜。”他是正在进行的研究的负责人，也是《美国国家科学院院刊》上最新出版物的最终作者。 (PNAS)。

GUN1以前很难研究，因为尽管植物细胞在其整个生命过程中都能产生更多的蛋白质，但该蛋白质却在阳光下迅速降解。

研究团队发现，GUN1影响另一个拟议的通信分子的产生和释放。

在叶片发育的第一天和没有阳光的时期，GUN1结合到一种含铁分子上，该分子最近在替代或基于植物的“肉类”工业中闻名：植物血红素。

植物血红素是一类称为四吡咯的化合物的一部分，四吡咯是由四个五边形环构成的大分子，这些五边形环将中心的金属原子拴在一起，例如铁(血红素)或镁(叶绿素)。四吡咯是大多数生物体内生命必不可少的古老分子。尽管研究人员了解四吡咯是如何形成的，但对它们如何在细胞内移动以及它们在旅途中所做的事情知之甚少。

在一系列使用从幼叶中分离出的GUN1的实验中，研究人员观察到该蛋白质直接与血红素和其他四吡咯结合，从而控制了细胞的血红素生成。

Masuda说：“我们建议GUN1与血红素结合，阻止其从叶绿体移动到细胞核，这可能有助于确保叶绿体有效发育。”

由于GUN1在存在阳光的情况下会降解，因此它仅释放血红素将信号发送至细胞核，而叶绿体则有光可将其光合作用转化为能量。

Masuda说：“了解叶绿体是如何自然构建的，也许有一天可以使我们潜在地操纵植物在不利条件下(例如在非常高或非常低强度的光照下)进行光合作用的方式。”

GUN1是一组六个基因突变的一部分，这些突变均影响叶绿体和核基因组之间的通讯方式。其他GUN蛋白也与其他类型的四吡咯分子相互作用。研究人员希望，现在已经对所有GUN蛋白进行了表征，从而可以更详细地了解四吡咯如何促进叶绿体与细胞核之间的通讯。

Masuda说：“我们的下一步将是精确定位GUN1沿蛋白与血红素或其他四吡咯结合的位置，并继续追踪血红素在细胞周围的转运。”

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