由于暴露于波动光的可能性，植物必须在光强度超过光合作用能力时进化出保护机制。在这些条件下，活性氧会引起光抑制，从而阻碍光合作用效率。为了对抗这种光合效率的损失，叶绿体进化出了硫氧还蛋白(Trx)蛋白，它可以调节光合装置内的氧化还原平衡并提供光保护功能。这些蛋白质使植物能够根据光强度的变化来调节光合作用。在叶绿体 Trx 蛋白中，x 型和 y 型 Trx 已知在功能上相关，但对其在波动光照条件下的功能知之甚少。

在光合作用的光反应过程中，光系统 II 中水分裂产生的电子通过叶绿体中的细胞色素 b6f 复合物跨电子传输链 (ETC) 传输到光系统 I (PSI)。日本冈山大学和京都产业大学的研究人员利用拟南芥(Arabidopsis)研究光合作用过程中的Trx调控，最近发现x型和y型Trx可以防止PSI电子接受侧的氧化还原失衡。这是一项重大发现，因为已经确定了一种涉及鲜为人知的 Trx 的机制，该机制可以防止 PSI 在波动的光照条件下遭受光抑制。

冈山大学植物科学与资源研究所的 Yuki Okekawa 助理教授领导了该研究小组并撰写了这项研究，该研究于 2023 年 8 月 22 日发表在《植物生理学》上。同样来自植物科学与资源研究所的 Wataru Sakamoto 博士，是这项研究的共同作者之一。

在谈到该小组进行这项研究的动机时，Okekawa 博士说道：“拟南芥包含五种类型的 Trx，其中四种 Trx m、两种 Trx f、两种 Trx y、Trx x 和 Trx z。在这五种类型中，Trx f 和 Trx m 占叶绿体 Trx 蛋白的 90% 以上，但 Trx x 和 Trx y 是少数，占 Trx 蛋白的不到 10%。为什么会这样呢?人们对 x 型和 y 型 Trx 知之甚少，因此我们决定探索它们在光合作用和光胁迫中的作用。”

该小组在拟南芥中产生了trx x single、trx y1 trx y2 double和trx x trx y1 trx y2三重突变体，并探索了光合作用过程中PSI的变化。他们发现，在弱光条件下，与野生型植物相比，trx x 和 trx x trx y1 trx y2 突变体中 PSI 的电子受体侧受到抑制。同样，研究小组观察到，这两种突变体在波动光的低光和高光阶段对 PSI 电子受体侧表现出更明显的抑制。“相对于野生型植物，波动光下的这种 PSI 电子受体侧抑制在 trx x 和 trx x trx y1 trx y2 突变体中转化为严重的 PSI 光抑制。当我们在这些波动的光照条件下测量植物生长时，trx x 和 trx x trx y1 trx y2 突变体表现出生长受损，甚至含有较低水平的 PSI，”Okekawa 博士在讨论这项工作的重要见解时解释道。这些发现表明 Trx x 和 Trx y 可以对抗 PSI 电子受体侧的任何氧化还原不平衡，从而使光合作用继续进行并防止光抑制。这些 Trx 有助于在波动的光照条件下通过 ETC 传输电子。

该小组认为，Trx x 和 Trx y 在低光到高光跃迁期间充当电子接收器，并维持 PSI 电子受体侧的氧化态。但这一发现有何意义呢?“嗯，当光照条件恒定时，这个功能并不重要。然而，从适应性的角度来看，保持 PSI 电子受体侧的氧化还原平衡可以起到安全网的作用，有助于为光强度的突然变化做好准备，”Okekawa 博士说。

对植物光保护机制的进一步研究有一天可以帮助开发耐光胁迫作物。桶川博士和他的团队相信，这些进步将改变游戏规则，解决因农作物产量不足而导致的粮食短缺问题。