众所周知，叶绿体起源于大约10亿年前，现在是植物细胞最容易识别的特征之一。古蓝藻被真核寄主细胞吞噬后，原来的自由生物(细菌)通过内共生进化为植物细胞中的叶绿体(图1)。因此，即使是现在，叶绿体也通过与细菌类似的二元裂变进行增殖。叶绿体分裂机制是一种由内外分子组成的杂交结构。叶绿体(基质)的内部空间在拓扑结构上相当于细菌的细胞质。细菌分裂环，即“Z环”，在细菌细胞的收缩和随后的分裂中起着关键作用，也被保存了下来。它主要由FtsZ微管蛋白同源物组成，是叶绿体分裂机制的内部部分(图1)。

图1所示。细菌叶绿体演化及其分裂环。叶绿体的内分裂环(Z环)在一定程度上遗传自细菌。本研究的目的是重建细菌叶绿体Z环。

从以Z环为中心的分裂机制的进化稳定性来看，细菌细胞叶绿体Z环的重构具有重要的意义。此外，它还可以作为研究叶绿体Z环动力学中每个分子行为的工具。这个简单的系统也可以支持植物细胞中的叶绿体研究，其中许多相关成分以复杂的方式共同作用。官方manbetx手机版先前有报道称，细菌细胞中叶绿体Z环的组成分子(FtsZ蛋白)在表达时聚合并形成长丝状结构。因此，试图重建叶绿体FtsZ的“环”不是一件容易的事情，有一些问题需要解决。

正如发表在《科学报告》上的，我们已经用大肠杆菌作为一种模式细菌。我们成功地建立了叶绿体Z环的异源重组体系。最重要的因素是FtsZ细丝在膜上的束缚。叶绿体FtsZ没有膜锚定结构域，自身不能附着在膜上。在这种情况下，我们的第一个成功的Z环状结构形成是通过使用膜靶向序列(一种膜锚定蛋白的衍生物)的人工系固来实现的大肠杆菌)添加到叶绿体FtsZ。在第二种情况下，我们挑战了叶绿体蛋白FtsZ和ARC6的共同生产，ARC6是FtsZ在叶绿体中的一个推定的系缚伙伴。我们发现，在细菌细胞中，ARC6强烈促进FtsZ“环”的形成。因此，通过在该体系中重构叶绿体FtsZ的Z环，我们证明了ARC6是叶绿体FtsZ与膜的真正系聚蛋白。

与ARC6相反，另一种叶绿体蛋白ARC3抑制细菌细胞中叶绿体FtsZ的丝和环的形成。这与先前发表的研究结果一致，进一步支持了我们的细菌重构系统在叶绿体分裂研究中的价值。官方manbetx手机版叶绿体分裂调动了许多成分，包括Z环形成的正、负调节因子以及Z环的组成分子。在内部分裂机制中使用的许多这些组件可以应用于我们的新型细菌系统。因此，我们的研究揭示了叶绿体内部分裂机制在其祖先细菌中的完美重构，就好像它在进化上回到过去一样(图1)。

Hiroki Irieda¹，Daisuke Shiomi^2
1日本信州大学农业研究所学术大会
²日本立教大学理学院生命科学系

出版

arc6介导的大肠杆菌原核后代叶绿体FtsZ Z环状结构的形成。
iirieda H, Shiomi D
2017年6月14日

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