中文摘要：

叶绿体是由内共生的蓝细菌进化而来的细胞器，已知的叶绿体分裂基因大部分都是通过搜索蓝细菌细胞分裂基因在植物中的同源基因的方法被发现的。申请人首次通过作图定位的方法克隆了一个叶绿体分裂基因-ARC5。ARC5是真核生物中的发动蛋白家族的一员。因此，叶绿体的分裂装置也有源自于真核宿主的成分。初步研究显示，ARC5可能在叶绿体分裂沟的收缩过程中对外膜进行重整。本项研究旨在对ARC5的功能进行较为深入的研究,具体包括ARC5的特异性定位的分子机理；ARC5的GTPase活性以及ARC5对膜的重整的机理；ARC5与其它发动蛋白家族成员的差异；其它作用于叶绿体分裂沟部位外膜且有可能是源自真核宿主的叶绿体分裂蛋白的鉴定；ARC5与其它蛋白在叶绿体分裂沟的收缩过程中的协同作用。本项研究将使人们在分子水平上对叶绿体分裂过程中外膜动态变化的机理有一个深入的了解。

结论摘要：

ARC5是一个起源于真核宿主细胞的叶绿体分裂蛋白，位于叶绿体分裂位点的外膜上。它可能通过水解GTP为叶绿体分裂提供动力。分析和研究ARC5以及与其相互作用的蛋白对深入研究叶绿体分裂的机制有重要的意义。 本课题通过使用EMS诱变野生型的拟南芥，筛选出一系列与arc5表型相似的叶绿体分裂突变体，并对两个新发现的叶绿体分裂基因CPD25和CPD45做了深入的研究。另外，本课题对与ARC5相互作用的PDV1和PDV2进行了表达纯化和初步的生物化学特性分析。这些研究拓展了人们对叶绿体分裂机制的认识，为今后进一步的研究提供了重要的基础。 经过遗传分析，共鉴定出9个arc5等位突变体，1个pdv1突变体，4个pdv2等位突变体，4个cpd25等位突变体和5个cpd45等位突变体。这一系列突变体为研究ARC5以及与其相关的叶绿体分裂基因在叶绿体分裂过程中的作用提供了有用的实验材料。 CPD25和CPD45是两个新发现的叶绿体分裂基因。令人意外的是，它们并不编码叶绿体蛋白，它们均编码转录因子。本课题进行了基因芯片分析、荧光定量RT-PCR、转基因植物表型分析、凝胶阻滞实验、酵母单杂交实验、报告基因分析以及双分子荧光互补等一系列试验，分别在分子、细胞和遗传等层面上对两个基因的功能和作用机理进行了较为深入的研究。我们认为CPD25和CPD45以异源二聚体的形式结合到ARC5启动子区特定的位点来激活ARC5基因的表达，进而影响叶绿体的分裂。这些工作是人们首次对叶绿体分裂基因表达调控的分子机制进行较为深入的研究。 我们将PDV1的胞质侧结构域在大肠杆菌中进行了表达，通过改变表达载体种类、基因片段大小、诱导剂浓度、诱导温度以及构建分子伴侣与重组质粒的共表达系统来提高目的蛋白的可溶性表达量，最终获得了大量的高纯度蛋白。我们还将PDV2的胞质侧结构域在大肠杆菌中进行了表达和纯化，且又进一步通过Ni-NTA亲和层析、离子交换层析以及分子筛层析进行了纯化，并用圆二色谱法初步分析了其二级结构。这些试验结果为研究这两个蛋白的结构及其在叶绿体分裂过程中的作用奠定了一定基础。