在意大利黑麦（Setaria italica）和拟南芥（Arabidopsis thaliana）中进行的比较基因组范围分析显示，在高光照和热胁迫条件下，特定的FtsH蛋白酶具有功能保守性

FtsH基因家族在Setaria italica中鉴定及与Arabidopsis thaliana的比较分析显示，特定FtsH蛋白酶在高温（HS）和强光（HL）胁迫下具有保守的表达模式与功能，维持叶绿体和线粒体蛋白稳态，其中PSII修复相关FtsH在HL下上调，而HS下多数FtsH基因上调，揭示了C3和C4植物中FtsH的特异性作用机制。

　　

摘要

关键信息

本研究鉴定了Setaria italica中的FtsH基因家族，并对其进行了特征分析。通过与Arabidopsis thaliana的比较分析，发现特定FtsH蛋白酶在热胁迫和高光胁迫下的表达模式和功能具有保守性。

摘要

温度敏感的H（FtsH）金属蛋白酶在正常和胁迫条件下都能维持叶绿体和线粒体的蛋白质稳态。在这里，我们比较了FtsH蛋白酶对热（HS）和高光（HL）胁迫的敏感性，在C3模式植物Arabidopsis thaliana和一种营养价值高的C4模式作物Setaria italica中进行了研究。我们鉴定了9个FtsH基因，这些基因代表了所有功能性的AtFtsH基因的同源物，除了S. italica中的AtFtsH12同源物。基因本体（GO）分析显示这些基因在光合作用过程中有显著的富集。启动子分析发现了对HL和HS有响应的cis元件。有趣的是，只有编码光系统（PS）II修复蛋白的FtsHs（AtFtsH1、AtFtsH2、AtFtsH5和AtFtsH8），以及参与PSII生物合成和蛋白质导入调节的FtsHs（AtFtsH4和AtFtsH11）及其在S. italica中的同源物，在HL胁迫下表现出转录上调，这表明它们在光抑制胁迫下的功能是保守的。此外，FtsH2的快速诱导和PSII反应中心蛋白（D1和D2）的同步降解进一步证实了这一功能。相反，几乎所有FtsH基因在温度升高时都上调，表明它们在维持叶绿体蛋白质稳态方面具有关键且保守的作用。AtFtsH6及其同源物SiFtsH4在温度升高时在转录和蛋白质水平上都有显著上调，并且PSII-LHC蛋白也同时发生降解，这表明它们可能在HS条件下参与PSII-LHC的蛋白质稳态调节。总之，本研究强调了FtsHs在C3和C4植物中维持HS和HL条件下蛋白质稳态的特异性。