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第六十期:小容器 大世界——有色体的缤纷国度

主讲人:曾云流

主持人:朱峰

报告内容:
今天的学术沙龙的主题是植物有色体的结构与分化机理探索。曾云流首先介绍了质体的定义、种类、结构特征、有色体结构的多样性及模式植物上对于质体分化的研究概况,然后对柑橘果肉有色体的分化进行了深入阐述。最后他结合自己的实验经历,系统性的给我们分享了他从方法学的建立到实验过程中新思路的挖掘,再到最后如何设计实验证明自己的假设的心路历程。
质体是藻类及高等植物中独有的具有双层膜结构,内部有环状双链DNA并具有许多功能的细胞器。质体按照其能量来源分为自养型质体和异养型质体。自养型质体即叶绿体,其余的质体形式都属于异养型质体,其中包括前质体、黄化质体、有色体、白色体和淀粉体等。对于质体中的有色体,其具有结构多样性,在前人的报道中有球状(如山楂)、晶状体(如番茄)等。前人针对于质体分化的研究大多集中在以叶绿体为中心:如Kleffmann, T等(2007)研究了针对黄化质体到叶绿体分化过程的蛋白组学动态变化;Barsan等(2012)则是侧重在叶绿体到有色体转化的全谱调控;另外Austin等(2006)则针对质体中的质体小球发生和功能进行了研究。
柑橘中已经找到多对与色泽相关的突变体材料,但从没有人进行系统的研究.对此,曾云流对柑橘多种材料,不同组织进行了深入的细胞学观察,并基于此对柑橘果肉的提纯和分化进行了深入的研究.首先观察了柑橘三对材料(暗柳和红暗柳、红肉脐橙和纽荷尔脐橙、红葡萄柚和黄葡萄柚)的囊衣、质胞尖和质胞液三个部位有色体形态结构差异。最后发现所有成红色的部位有色体均为晶体状的。之后他又对红暗柳不同生理期的有色体形态进行了观察,发现其有色体是由淀粉体转化而来,并在不同的组织中经历着不同分化过程,这些分化过程跟色素的变化有着紧密的联系。Pan Z 等(2009)对暗柳和红暗柳这一对突变体材料进行了研究,但由于质体蛋白,特别是跟表型相关的类胡萝卜素相关蛋白都属于低丰度的疏水性蛋白,在双向电泳的二维胶上被其他高丰度蛋白所覆盖或者已丢失。因此,他花了近9个月的时间摸索出柑橘果实有色体提纯方法,并依托这一方法构建了柑橘有色体蛋白谱(Zeng Y et al., 2011)。之后他利用这一分离方法对柑橘果肉有色体分化做了一个比较蛋白组研究,发现ABC1 Kinases family基因与有色体分化有一定的联系。根据前人报道这个基因家族有以下三个功能:ABC1K6可能参与叶黄素循环(Lundquist, P. et, 2012)、CrABC1K3/5参与衣藻的眼点质体球降解(Boyd, J.S. et al, 2011)、AtACDO1在叶绿素降解过程有一定作用(Yang S. et al, 2012),他将ABC1K 1, 3, 6, 7, 9六个基因构建超量和干涉载体转到野生型和转CrtB的Marsh愈伤中观察其表型。现在所得到的初步的结果是超标达ABC1K9后转CrtB的Marsh愈伤会有原来的黄偏红的颜色转变成淡黄色,并且其在无光的情况下可以变成绿色并能启动胚的发育。此外它还对柑橘果肉有色体磷酸化蛋白组学进行了初步研究,发现FBNIb蛋白与ABC1 Kinases均存在有有色体内,而且FBNIb蛋白一共有九个磷酸化位点,其中8个是高可信的,而据前人报道,FBNIb蛋白在有色体发育过程起着非常重要的作用,故他推测ABC1 Kinases可能通过磷酸化FBNIb蛋白而调控色素储存。

交流环节:有同学提问,花因PH而变化的颜色是由什么东西体现出来的?曾云流答道:“花中的色泽体现是一个很复杂的过程,许多因素都能过调控它,针对于你说的因PH变化而发生色泽变化的可能是贮藏于液泡中的花青素,它是水溶性色素,对PH比较敏感。”
还有一位同学问道在有色体中DNA是否已经降解,其之后再向叶绿体的转化是怎么实现的?曾云流答道:“之前有人报道在有色体,其DNA是成一种降解的状态,对于其之后如何向叶绿体转化,形成又有DNA的叶绿体的问题,我了解的不是很多,但是很有可能与细胞核有一定关系。”
在交流环节中还有很多同学针对蛋白组技术提出了自己的一些疑惑,曾云流都一一给予了详细的解答。
总结:有色体作为装点我们世界的元素,在给我们带来鲜艳的颜色的同时也为我们提供着一些保健功能。曾云流用了近9个月的时间成功分离出柑橘果肉有色体,并依托这一方法利用蛋白组学研究有色体分化过程。他的这份经历对于一些刚进入实验室的同学有着一定的指导意义。从最初的方法学建立到之后实验中相关现象的分析,再到之后对相关假设所设计的实验验证,这种思路相对来说是十分清晰的。特别是在梯度离心和蛋白质组研究方面,他有着很丰富的经验,如果大家有什么疑惑的地方,可以随时联系他,与他继续交流。