Ecological geneticsEcological geneticsЭкологическая генетика1811-09322411-9202Eco-Vector538510.17816/ecogen8235-44ArticlesСтатьиResearch ArticleLTS3 gene controls light-independent chlorophyll biosynthesis in green algae Chlamydomonas reinhardtiiГЕН LTS3 КОНТРОЛИРУЕТ СВЕТОНЕЗАВИСИМЫЙ БИОСИНТЕЗ ХЛОРОФИЛЛА У ЗЕЛЕНОЙ ВОДОРОСЛИ CHLAMYDOMONAS REINHARDTIIChekunovaElena MЧекуноваЕлена Михайловнаelena_chekunova@mail.ruSavelievaNatalya VСавельеваНаталья Владимировнаnata.saveljeva@gmail.comSaint-Petersburg State University., Saint-Petersburg, RFСанкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, РФCentre Inra de Nancy-Lorraine, Champenoux, FranceНанси-Лорейн Центр INRA, Шампену, Франция1506201082VOL 8, NO2 (2010)ТОМ 8, №2 (2010)354414112016Copyright ©; 2010, Chekunova E.M., Savelieva N.V.Copyright ©; 2010, Чекунова Е.М., Савельева Н.В.2010Chekunova E.M., Savelieva N.V.Чекунова Е.М., Савельева Н.В.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/ecolgenet/article/view/5385

The genetic control of light-independent chlorophyll biosynthesis in plant cells has been investigated using Chlamydomonas reinhardtii Lts3-mutants defective in dark chlorophyll biosynthesis on the stage before protochlorophyllide to chlorophyllide conversion. In heterotrophic conditions the mutants are unable to synthesize chlorophyll and accumulate protoporphyrins, after illumination they are greening. The mutants were tested for pigment contents, activity of enzymes and expression of the genes, encoding these enzymes. The LTS3 gene has been identified by positional cloning, and the predicted LTS3 protein appeared to be a GATA transcription factor, which activate the expression of genes encoded chlorophyll biosynthesis enzymes: Mg-chelatase and glutamate 1-semialdehyde aminotransferase in the dark, and possibly, important for adaptation of plant cells for autotrophic conditions. 

Генетический контроль светонезависимых процессов формирования пигментов в растительной клетке изучали на модели мутантов по гену LTS3 одноклеточной зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtii, у которых темновой биосинтез хлорофилла нарушен на этапе, предшествующем конверсии протохлорофиллида в хлорофиллид. В условиях гетеротрофного роста эти мутанты не синтезируют хлорофилл и накапливают протопорфирины, а при переносе на свет - зеленеют. Фенотипическое проявление мутаций в гене LTS3 изучено на уровне пигментного состава, активности ферментов биосинтеза хлорофилла и экспрессии генов, кодирующих эти ферменты. Осуществлено позиционное клонирование гена LTS3, и установлено, что он кодирует фактор транскрипции семейства GATA , который в темноте активирует экспрессию генов, кодирующих ферменты биосинтеза хлорофилла: магнийхелатазу и глутамат 1-полуальдегид аминотрансферазу, и, по-видимому, необходим для адаптации фотосинтезирующей клетки к фототрофным условиям.

генетический контрольтемновой биосинтез хлорофиллаАлександрова Н. Н., Крэла Л. П., Тугаринов В. В., 1979. Генетическая детерминация признаков хлороп- ласта у хламидомонады. Сообщ. I. Создание множес- твенно-маркированных линий // Исследования по генетике. Вып. 8. С. 139-149.Беляева О. Б., 2009. Светозависимый биосинтез хлорофилла. Москва: Бином. Лаборатория знаний, 232 с.Квитко К. В., Борщевская Т. Н., Чунаев А. С., Ту‑ гаринов В. В., 1983. Петергофская генетическая коллекция штаммов зеленых водорослей Chlorella, Scenedesmus, Chlamydomonas // Культивирование коллекционных штаммов водорослей. Л. С. 28-56.Cтолбова А. В., 1971. Генетический анализ пиг- ментных мутаций Chlamydomonas reinhardtii. Сообщ. I. Идентификация основных пигментов и опи- сание коллекции пигментных форм // Генетика. Т. 7 № 9. С. 90-94.Терентьев П. В., Ростова Н. С., 1977. Практикум по биометрии. Ленинград: ЛГУ. С. 20-34 .Чекунова Е. М., Квитко К. В., 1986. Генетическое изучение мутантов хламидомонады, накапливающих протопорфирин IX // Исследования по генетике. N 10. С. 104-112.Чекунова Е. М., Шалыго Н. В., Яронская Е. Б. и др., 1993. Регуляция биосинтеза предшественников хлорофилла у мутантов зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtii // Биохимия. Т. 58. Вып. 9. С. 1430-1436.Шалыго Н. В., Чекунова Е. М., Чунаев А. С.,Аверина Н. Г., 1990. Анализ состава порфиринов в мутантах Chlamydomonas reinhardtii // Известия АН БССР. Сер. Биол. наук. N4. С. 53-57.Armstrong G. A., 1998. Greening in the dark: Ligthindependent chlorophyll biosynthesis from anoxygenic photosynthetic bacteria to gymnosperms // J. Photochem. Photobiol. B: Biology. Vol. 43. P. 87-100.Bi Y. M, Zhang Y., Signorelli T. et al., 2005. Genetic analysis of Arabidopsis GATA transcription factor gene family reveals a nitrate-inducible member important for chlorophyll synthesis and glucose sensitivity // Plant J. Vol. 44(4). P. 680-692.Cahoon A. B., Timko M., 2000. Yellow-in-the-dark mutants of Chlamydomonas lack the CHLL cubunit of light-independent protochlorophyllide reductase // The Plant Cell. Vol. 12. P. 559-568.Chekounova E., Voronetskaya V., Papenbrock J. et al., 2001. Characterization of Chlamydomonas mutants defective in the H subunit of Mg-chelatase // Mol. Gen. Genet. Vol. 266. P. 363-373.Choquet Y., Rahire M., Girard-Bascou J. et al., 1992. A chloroplast gene is required for light-independent accumulation of chlorophyll in Chlamydomonas reinhardtii // J. EMBO. Vol. 11. N 5. P. 1697-1704.Ford C., Mitchell S., Wang W. Y., 1981. Protochlorophyllide photoconversion mutants of Chlamydomonas reinhardtii // Mol. Gen. Genet. Vol. 184. P. 460-464.Forreiter C., Apel K., 1993. Ligth-independent and lightdependant protochlorophyllide-reducing activities and two distinct NADPH-protochlorophyllide oxidoreductase polypeptides in mountain pine (Pinus mugo) // Planta Vol. 190. P. 536-545.Harris E. H., 1989. The Chlamydomonas Sourcebook: a comprehensive guide to biology and laboratory use. - San Diego, California: Academic Press, 780 p.Li J., Timko M. P., 1996. The pc-1 phenotype of Chlamydomonas reinhardtii results from a deletion mutation in the nuclear gene for NADPH protochlorophyllide oxidoreductase // Plant. Mol. Biology. Vol. 30. P. 15-37.Merchant S. S, Prochnik S. E., Vallon O. et al., 2007. The Chlamydomonas genome reveals the evolution of key animal and plant functions // Science. Vol. 318 (5848). P. 245-250.Ohad I., Siekevitz P., Palade G. E., 1967. Biosynthesis of chloroplast membranes II Plastid differentiation during greening of a dark grown algal mutant (Chlamydomonas reinhardti) // J. Cell Biology. Vol. 35. P. 553-584.Reinbothe S., Reinbothe C., 1996. The regulation of enzymes involved in chlorophyll biosynthesis // Eur. J. Biochemistry. Vol. 237. P. 323-343.Rochaix J.-D., 1995. Chlamydomonas as the photosynthetic yeast // Annu. Rev. Genet. Vol. 29. P. 209-230.Rymarquis L. A., Handley J. M., Thomas M,Stern D. B., 2005. Beyond complementation. Mapbased cloning in Chlamydomonas reinhardtii // Plant Physiol. Vol. 137. P. 557-566.Timko M. P., 1998. Pigment biosynthesis: Chlorophylls, Heme, and Carotenoids // The molecular biology of chloroplast and mitohondria in Chlamydomonas / Eds.:J.-D. Rohaix et al., Kluwer Academic Pabl. P. 377-341.Wang W-Y, Wang W.L, Boynton J. E., Gillham N. E., 1974. Genetic Control of Chlorophyll Biosynthesis in Chlamydomonas. Analysis of mutants at two loci mediating the conversion of protoporthyrin-IX to magnesiumprotoporthyrin // J. Cell Biology. Vol. 63. P. 806-823.