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。

植物通过适应自然环境中不断变化的光环境来生长。光合作用对于植物生长至关重要，也开发了多种针对环境胁迫的防御机制。在被子植物中，光系统 I (PSI) 循环电子传输是诱导光保护机制所必需的，因此拟南芥突变体 pgr5 缺乏主要途径（PGR5 依赖性途径），无法在可变光照条件下生长。我们之前已经证明 PGR5 依赖性途径受到氧化还原蛋白硫氧还蛋白 (Trx) 的调节。五组 Trx（f、m、x、y 和 z）位于拟南芥叶绿体中，并且发现 m 型 Trx 专门参与该途径的调节。另一方面，迄今为止，人们对其他 Trx 群体在应激反应中的作用知之甚少。因此，今年我们的研究重点是x型和y型Trx。体外研究表明这些 Trx 有助于抗氧化防御机制。另一方面，缺乏每个 Trx 的突变菌株在恒定光照条件下的生长与野生型菌株类似，但人们对这些 Trx 的体内作用知之甚少。然而，在这项研究中，我们发现缺乏x型Trx（trx x）的植物在可变光照条件下表现出生长抑制。与野生型相比，trx x 的生长延迟，叶子变黄。此外，缺乏 y 型 Trx (trx y1y2) 的植物没有表现出生长抑制，但同时缺乏 x 型 Trx 和 y 型 Trx 的三重突变体 (trx x trx y1y2) (trx 也表现出严重的生长抑制。此外，通过使用这些突变体进行光合作用分析，我们能够证明x型Trx和y型Trx以与PSI循环电子传递途径相同的方式有助于PSI的光保护。

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

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

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

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