チオレドキシンによるPGR5/PGRL1依存経路の制御機構とその生理的意義の解明

阐明硫氧还蛋白对PGR5/PGRL1依赖性途径的控制机制及其生理意义

• 批准号: 21K06219
• 负责人: 桶川 友季
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06219/
• 关键词: 光合成; サイクリック電子伝達; チオレドキシン; レドックス制御; 光化学系I; 光阻害

植物は自然環境下で変動する光環境に適応して生育している。植物の生育に必須な光合成も環境ストレスに対して様々な防御機構を発達させてきた。被子植物では光化学系I (PSI) サイクリック電子伝達が光防御機構の誘導に必要とされるため、主要な経路（PGR5依存の経路）を欠損したシロイヌナズナの突然変異体、pgr5は自然環境下（変動光条件下）で生育することができない。私たちはこれまでに、PGR5依存の経路がレドックスタンパク質であるチオレドキシン(Trx)によって制御されることを明らかにした。シロイヌナズナの葉緑体にはｆ、ｍ、ｘ、ｙ、ｚ型の5グループのTrxが局在しているが、ｍ型Trxがこの経路の制御に特異的に関わることがわかった。その一方で、これまでのところ他のTrxグループのストレス応答における役割についてはあまりわかっていなかった。そこで本年度はｘ型とｙ型Trxに注目して研究を進めた。これらのTrxはin vitroの研究から抗酸化防御機構に寄与することが示唆されてきた。その一方で、それぞれのTrxを欠損した変異株は一定の光条件下では野生株と同様の成長を示し、これらのTrxのin vivoでの役割についてはあまりわかっていない。しかし、本研究において、ｘ型Trxを欠損した植物(trx x)が変動光条件下で生育阻害を示すことを見出した。trx xは野生株に比べて生育が遅延しており、葉が黄化した。また、ｙ型Trxを欠損した植物(trx y1y2)では生育阻害を示さなかったが、ｘ型Trxとｙ型Trxの両方を欠損した三重変異株(trx x trx y1y2)はtrx x一重変異株よりも深刻な生育阻害を示した。さらにこれらの変異体を使って光合成解析をおこなった結果、ｘ型Trxとｙ型TrxがPSIサイクリック電子伝達経路と同様にPSIの光防御に寄与することを明らかにすることが出来た。

植物适应自然环境中波动的光环境。光合作用对于植物生长至关重要，还开发了针对环境压力的各种防御机制。在被子植物中，光学I（PSI）循环电子转移是诱导光保护机制所必需的，因此拟南芥中缺乏主要途径（PGR5依赖性途径）的PGR5不能在自然环境中生长（在自然环境下）。我们先前已经表明，依赖PGR5的途径受氧化还原蛋白硫氧还蛋白（TRX）的调节。尽管五组TRX，F，M，X，Y和Z组位于拟南芥叶绿体中，但发现M型TRX专门参与控制该途径。但是，到目前为止，对于其他TRX组在压力反应中的作用知之甚少。因此，今年我们专注于X型和Y型TRX。体外研究表明，这些TRX有助于抗氧化剂防御机制。另一方面，每个TRX缺陷型突变菌株在某些光条件下表现出与野生菌株相似的生长，并且对这些TRX的体内作用知之甚少。但是，在这项研究中，我们发现缺乏X型TRX（TRX X）的植物在不同的光条件下表现出生长特技。 TRX X的生长比野生菌株慢，导致叶片泛黄。此外，缺乏Y型TRX（TRX Y1Y2）的植物没有生长特技表现，而X型TRX和Y型TRX（TRX X TRX Y1Y2）中缺陷的三重突变菌株均显示出比TRX X X单突变型菌株更为严重的生长特技。此外，使用这些突变体进行了光合分析，并且揭示了X型TRX和Y型TRX有助于PSI的光保护，就像PSI环状电子传输途径一样。

项目成果

チオレドキシンによる多様な葉緑体機能の酸化還元制御

硫氧还蛋白对各种叶绿体功能的氧化还原调节

• 发表时间: 2021
• 作者: 桶川友季;坂本亘;本橋健;浅井 智広;桶川友季
• 通讯作者: 桶川友季

Maintaining the Chloroplast Redox Balance through the PGR5-Dependent Pathway and the Trx System Is Required for Light-Dependent Activation of Photosynthetic Reactions

• DOI: 10.1093/pcp/pcab148
• 发表时间: 2022-01-01
• 期刊: PLANT AND CELL PHYSIOLOGY
• 影响因子: 4.9
• 作者: Okegawa, Yuki;Tsuda, Natsuki;Motohashi, Ken
• 通讯作者: Motohashi, Ken

シロイヌナズナにおいて光化学系 I サイクリック電子伝達は厳密に制御されている

拟南芥中光系统 I 循环电子传递受到严格调控。

• 发表时间: 2021
• 期刊: 光合成研究
• 作者: C. Azai;R. Kojima;K. Hinago;M. Kida;T. Yamamoto;H. Oh-oka;D. Kosumi;Y. Nagasawa;桶川友季
• 通讯作者: 桶川友季

Impaired PGR5-dependent photosystem I cyclic electron transport alleviates the growth defects in the ntrc mutant by redirecting electron distribution from ferredoxin.

受损的 PGR5 依赖性光系统 I 循环电子传输通过重定向铁氧还蛋白的电子分布来减轻 ntrc 突变体的生长缺陷。

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuki Okegawa;Ken Motohashi;Wataru Sakamoto
• 通讯作者: Wataru Sakamoto

Balanced regulation of PGR5-dependent PSI cyclic electron transport is required for normal plant growth.

正常植物生长需要 PGR5 依赖性 PSI 循环电子传递的平衡调节。

• 发表时间: 2022
• 作者: Maeda Hanaki;Takahashi Koharu;Ueno Yoshifumi;Sakata Kei;Yokoyama Akari;Yarimizu Kozue;Myouga Fumiyoshi;Shinozaki Kazuo;Ozawa Shin-Ichiro;Takahashi Yuichiro;Tanaka Ayumi;Ito Hisashi;Akimoto Seiji;Takabayashi Atsushi;Tanaka Ryouichi;Yuki Okegawa
• 通讯作者: Yuki Okegawa