Comprehensive study of excessive light stress response in plants

植物过度光胁迫反应的综合研究

基本信息

批准号：
21H05040
负责人：
皆川純
金额：
$ 121.06万
依托单位：
National Institute for Basic Biology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-05 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H05040/
关键词：
光合成環境適応 NPQ クライオ電子顕微鏡高速AFM 葉緑体

项目摘要

Ostreococcus tauriは、海洋に偏在するピコ植物プランクトンであり、初期分岐型緑藻である。クライオ電子顕微鏡による構造解析により、その光化学系I超複合体は、光捕集複合体I（LHCI）および原始生物特有の光捕集複合体（Lhcp）と集合することによって光捕集能力を拡大させており、陸上植物型とコア緑藻型のPSI超複合体のハイブリッドな特徴を示していることがわかった。PSIコアの片側にはLHCIベルト、もう片側にPsaGとPsaHの間にはLHCIハーフベルトが結合していた。Lhca6とPsaKの間の第三の側面にはアミノ末端のスレオニンがリン酸化された1個のLhcp1モノマーと8個のLhcp2モノマーが、3つの三量体としてオリゴマー化しPSIと会合していた。Lhcp1のリン酸化とPSIの光捕集能は可逆的な光化学反応を示したことから、OtPSI-LHCI-Lhcp超複合体の形成は光強度変化によって誘導されるリン酸化依存的な機構による可能性が高いことも示唆された。非光化学消光（NPQ）は、緑藻類においては光保護タンパク質LHCSR1、LHCSR3、PsbSによって制御されている。最近、これらの光保護タンパク質をクラミドモナスにおいて過剰発現させることで、NPQ応答が著しく高くなるdet1-2 phot変異体が発見された。この応答がクラミドモナス細胞に与える生理的影響を詳細に解析したところ、野生型細胞が生存できないような高照度下で、det1-2 phot変異株は効率よく増殖できることがわかった。この変異体は、暗所でのPSII断面積が小さく、暗所での光化学消光のクロロフィル蛍光パラメータの上昇（qPd > 1）を示したことから、NPQ状態における周辺部の光捕集複合体II（LHCII）アンテナの剥離が示唆された。

金牛骨球菌是海洋中普遍存在的超微型浮游植物，也是一种早期分化的绿藻。使用冷冻电子显微镜进行结构分析表明，光系统I超复合物通过与原始生物特有的光捕获复合物I（LHCI）和光捕获复合物（Lhcp）组装来扩展其光捕获能力。陆地植物类型和核心绿藻类型表现出杂种特征。 LHCI带连接到PSI核心的一侧，LHCI半带连接在另一侧的PsaG和PsaH之间。在 Lhca6 和 PsaK 之间的第三侧翼，一个具有磷酸化氨基末端苏氨酸的 Lhcp1 单体和八个 Lhcp2 单体寡聚为三个三聚体并与 PSI 相关。由于Lhcp1的磷酸化和PSI的光捕获能力表现出可逆的光化学反应，因此OtPSI-LHCI-Lhcp超复合物的形成可能是由于光强度变化诱导的磷酸化依赖性机制。这绿藻中的非光化学猝灭 (NPQ) 由光保护蛋白 LHCSR1、LHCSR3 和 PsbS 调节。最近，这些光保护蛋白在衣藻中的过度表达导致了 det1-2 phot 突变体的发现，该突变体显着增强了 NPQ 响应。对该反应对衣藻细胞的生理影响的详细分析表明，det1-2 phot 突变体可以在强光条件下有效增殖，而野生型细胞无法存活。该突变体在黑暗中表现出较小的 PSII 横截面，并且在黑暗中光化学猝灭的叶绿素荧光参数增加（qPd > 1），表明 NPQ 状态下的外围光捕获复合物 II（LHCII）天线脱离。

项目成果

期刊论文数量（20）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

AFM Imaging of Biological Macromolecules on Supported Lipid Bilayers

支持脂质双层上生物大分子的 AFM 成像

DOI：
10.5360/membrane.47.10
发表时间：
2022
期刊：
MEMBRANE
影响因子：
0
作者：
En Yu;Yamaji Naoki;Ma Jian Feng;Yamamoto Daisuke
通讯作者：
Yamamoto Daisuke

Structural basis for light harvesting regulation through state transitions in green algae

通过绿藻状态转换进行光收集调节的结构基础

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Pan X;Tokutsu R;Li L;Takizawa K;Song C;Murata K;Yamasaki Y;Liu Z;Minagawa J;Li M
通讯作者：
Li M

タンパク質間相互作用による光合成集光システムの調節

通过蛋白质-蛋白质相互作用调节光合光捕获系统

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kim E;Minagawa J
通讯作者：
Minagawa J

クライオ電子顕微鏡で生体分子の構造解析をはじめよう日本結晶学会誌 Vol.63

让我们开始使用冷冻电子显微镜分析生物分子的结构吧日本结晶学会杂志 Vol.63

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ko Toshiyuki;Nomura Seitaro;Yamada Shintaro;Fujita Kanna;Fujita Takanori;Satoh Masahiro;Oka Chio;Katoh Manami;Ito Masamichi;Amiya Eisuke;Hatano Masaru;Kinoshita Osamu;Nawata Kan;Abe Hiroyuki;Ushiku Tetsuo;Ono Minoru;Ikeuchi Masashi;Morita Hiroyuki;Aburata;ソン・チホン,村田和義
通讯作者：
ソン・チホン,村田和義

自然科学研究機構におけるクライオ電子顕微鏡支援クライオ電子顕微鏡ハンドブック(難波啓一、加藤貴之、牧野文信監修)

对国立自然科学研究所冷冻电子显微镜的支持冷冻电子显微镜手册（由难波敬一、加藤隆之和牧野文信监督）

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
ソン・チホン;村田和義
通讯作者：
村田和義

DOI：
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皆川純其他文献

Excitation-spectral microscopy uncovers in-situ rearrangement of LHCII in Chlamydomonas during state transition

激发光谱显微镜揭示了衣藻状态转变过程中 LHCII 的原位重排

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
張先駿;藤田祐輝;得津隆太郎;皆川純;叶深;柴田穣
通讯作者：
柴田穣

細胞競合の普遍的制御分子の同定とその動作機序の解明

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DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Eunchul Kim;川上恵典;鎌田このみ;石井麻子;皆川純;Hiroyuki Asanuma;藤田恭之
通讯作者：
藤田恭之

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膜脂中脂肪酸两个 sn 位的 Δ9 去饱和对于丝状蓝细菌至关重要

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
山崎優斗;Akida Jahan;Mousona Islam;坂山英俊;西山智明;堀孝一;太田啓之;皆川純;篠澤章久;坂田洋一;竹澤大輔;Devi Bentia Effendi and Koichiro Awai
通讯作者：
Devi Bentia Effendi and Koichiro Awai