阿拉伯芥葉綠素去植醇酶群之功能分析

Abstract

"葉綠素為光合作用之基本元素，參與將光能量轉化為生物能的生化反應，以滋養地球上的大多數生命。葉綠素（chlorophyll, Chl）在結構上包含了親水性的葉綠酯（chlorophyllide）與疏水性的植醇（phytol），並可藉由去植醇反應（dephytylation）將這兩部分水解開來。葉綠素去植醇反應一直被認為是植物的基礎代謝步驟，參與在不同的葉綠素相關代謝途徑，包括葉綠素之轉換、降解、構型循環及生育酚（tocopherol）生合成等，但其中執行去植醇反應的酶大多未能被確認。最近，一個新穎的葉綠素去植醇酶（CLD1）被發現可能參與葉綠素轉換時的回收再利用。蛋白序列親源分析顯示，CLD1和參與葉片老化時葉綠素降解的脫鎂葉綠素去植醇酶（pheophytinase, PPH）以及另外兩個功能未知的蛋白具有同源性。因為後兩者的重組蛋白均有葉綠素去植醇酶活性，故被命名為CLD2和CLD3。為了解這些去植醇酶的生理作用，我們建立了阿拉伯芥cld1 cld2 cld3（TK）和cld1 cld2 cld3 pph（QK）基因剔除突變株。正常與逆境（強光、或光度變動、或高溫、或無氮源）條件下，相較於野生型，TK的生長不受影響。植物葉綠素主要為Chl a與Chl b兩種構型，Chl b 被認為主要來自Chl a 構型轉化，若此假設成立，中間需經過去植醇反應。比較白化苗照光4小時內的葉綠素累積，Chl b含量在TK中一開始略少但最終接近於野生型，此結果無法支持先前之假設。在黑暗誘導葉片老化過程，TK與野生型之葉綠素降解程度並無顯著差別，表明CLDs並不參與此途徑。此外，TK的生育酚含量顯著低於野生型，進一步分析不同組合的雙突變體，發現主要是因CLD2缺失造成，表明此酵素參與了生育酚的生合成。"