中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心Chanhong Kim研究團(tuán)隊以突破性報告（Breakthrough Report）形式在國際權(quán)威期刊The Plant Cell上發(fā)表題為"Temperature-driven changes in membrane fluidity differentially impact FILAMENTATION TEMPERATURE-SENSITIVE H2-mediated photosystem II repair"的研究成果，揭示了不同冷、熱脅迫下膜流動性變化對葉綠體蛋白穩(wěn)態(tài)機(jī)制的影響。

光合作用作為地球生命活動的基礎(chǔ)過程，在能量轉(zhuǎn)換過程中不可避免地產(chǎn)生有害副產(chǎn)物——活性氧（ROS）。這些活性氧不僅會破壞脂質(zhì)膜結(jié)構(gòu)，還會損傷膜整合蛋白，尤其是光系統(tǒng)II（PSII）核心蛋白，從而顯著影響光合作用效率和植物生產(chǎn)力。因此，在環(huán)境條件波動下，PSII蛋白的及時修復(fù)對于維持光合系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)具有關(guān)鍵作用。

本研究成功闡明了植物生物學(xué)領(lǐng)域長期懸而未決的科學(xué)問題：為何缺乏FtsH2蛋白酶的var2突變體在PSII修復(fù)過程中表現(xiàn)出對低溫敏感而對高溫不敏感的特性，盡管在兩種溫度條件下都會產(chǎn)生活性氧并導(dǎo)致PSII光損傷。研究首次揭示了膜流動性在不同溫度條件下對PSII修復(fù)過程的調(diào)控作用，并闡明了該過程的熱力學(xué)特征。

本研究通過對var2背景下分別表達(dá)底物提取缺陷和蛋白水解缺陷的FtsH2, 發(fā)現(xiàn)在冷脅迫條件下膜流動性的降低需要FtsH2與其他FtsH組分構(gòu)成的異源六聚體復(fù)合物增強(qiáng)底物提取能力而不是蛋白酶降解能力。因此，過表達(dá)底物提取活性缺陷型FtsH2 (FtsH2^G267D) 無法回補(bǔ)var2的冷敏感的表型。與之相反，蛋白酶活性缺陷型FtsH2 (FtsH2^H488L）則完全回補(bǔ)了var2的冷敏感表型，這提示在冷脅迫下膜的流動性降低時，與FtsH2底物提取相關(guān)的 AAA-ATPase活性至關(guān)重要。而在較高溫度下，由于膜的流動性得以升高，使得來自FtsH復(fù)合體中其他FtsH組分的AAA-ATPase活性足以滿足底物的提取，這也解釋了為什么var2在熱脅迫下與野生型具有類似的適應(yīng)能力（圖1）。

綜上所述，本研究在PSII修復(fù)機(jī)制及膜狀態(tài)對膜蛋白穩(wěn)態(tài)影響方面取得了重要理論突破。這些發(fā)現(xiàn)不僅為葉綠體功能和脅迫適應(yīng)研究開辟了新方向，深化了對溫度脅迫影響植物生物學(xué)過程的認(rèn)識，更為相關(guān)應(yīng)用研究奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。

中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士研究生張景志為論文第一作者，Chanhong Kim研究員為通訊作者。該研究得到了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心、中國科學(xué)院以及國家自然科學(xué)基金的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1093/plcell/koae323

圖1. 不同溫度下膜的流動性變化對不同基因型的PSII修復(fù)影響的工作模型示意圖。