近日，北京林业大学生物科学与技术学院高宏波教授课题组在国际著名期刊Molecular Biology and Evolution （一区，5年影响因子14.5）上发表了题目为“Evolution and Functional Differentiation of the C-terminal Motifs of FtsZs during Plant Evolution”的研究论文，揭示了在植物的进化过程中叶绿体分裂关键蛋白FtsZs C端基序的进化特征和功能分化的分子机制。这是北京林业大学学生首次在该顶级期刊发表文章。
叶绿体起源于内共生的蓝细菌，其分裂方式与细菌类似，同为二元分裂。FtsZ是一种类似于微管蛋白的GTPase，在细菌和叶绿体分裂过程中对分裂蛋白复合体的组装不仅起到骨架的作用，还为分裂位点的收缩提供动力。蓝细菌中只有单个FtsZ。红藻中FtsZ分化为FtsZA和FtsZB。从绿藻阶段开始，FtsZ分化为FtsZ1和FtsZ2两个亚家族。
在被子植物中，FtsZ1和FtsZ2 的C端基序发挥着不同的作用：FtsZ1 C端基序具有相对较弱的膜结合能力，通过与叶绿体内膜结合调控叶绿体分裂；FtsZ2 C端通过与叶绿体内膜蛋白ARC6互作调控叶绿体分裂。在植物进化的过程中FtsZ1和FtsZ2 C端基序是如何进化和分化的是一个重要的科学问题。
FtsZs C端基序进化示意图
高宏波教授课题组通过生物信息学、细胞生物学、生物化学和分子遗传学等手段，揭示了FtsZ1和FtsZ2 C端基序不同的进化特征和功能分化的机制。在植物进化过程中FtsZ1 C端基序灵活多变且始终保留膜结合活性，FtsZ1 C端膜结合序列具有越来越短且靠近C末端的进化方式，这更有利于其与叶绿体内膜结合和发挥其周转的功能。
FtsZ2 C端基序相对稳定且保守，始终保留与膜蛋白互作的功能。在绿藻阶段，FtsZ1和FtsZ2分化之初，FtsZ1和FtsZ2 的C端基序都拥有膜结合活性和蛋白互作的功能，而这种双重功能来自蓝细菌FtsZ。随着植物的进化，在轮藻阶段FtsZ1 C端丢失蛋白互作功能，在蕨类植物阶段FtsZ2 C端丢失膜结合能力。FtsZs C端基序的进化特征和功能分化或许与其它叶绿体分裂蛋白在植物进化过程中的丢失和出现以及叶绿体内膜成分的改变相关。该研究的发现对理解和认识叶绿体分裂机制的进化具有重要意义。
北京林业大学生物科学与技术学院高宏波教授为该论文的通讯作者，博士研究生安进杰为第一作者，已毕业博士研究生王璐璐和博士研究生洪琮浩为该研究给予了较大帮助。
