How do plants adjust their photosynthesis in response to fluctuating light environments in future climate

植物如何调整光合作用以应对未来气候中波动的光环境

基本信息

批准号：
21H02171
负责人：
矢守航
金额：
$ 11.15万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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-21H02171/
关键词：
光合成気孔 Rubisco 電子伝達 CO2 環境応答地球温暖化高CO2 変動光 Rubisco activase 生産性高温

项目摘要

野外環境において植物の受ける光強度は、天候の変化や植物体同士の相互被陰によって、一日を通して常に変動している。気候変化が食料生産や炭素循環に及ぼす影響を明らかにするためには、実際の圃場に近い環境での実験が必要である。そこで本申請研究では、光合成系の機能強化を通して、近未来に予想される高CO2・高温環境下において、イネの光合成能力の改善を目指す。これまでの研究によって、光合成の鍵酵素であるRubiscoは弱光を含む様々な環境で不活性化し、その後、光が突然あたってもすぐに活性が増加しないこと、そして、不活性化したRubiscoを再活性化するRubisco activaseの量を減少させた形質転換体イネでは、光合成誘導時間が著しく遅延することを明らかにしてきた。また、Rubisco activase過剰発現体とRubisco過剰発現体の二重形質転換体を作製したところ、現在の大気CO2濃度と気温環境において、光合成能力が改善することを明らかにした。また、これらの二重形質転換体において、高温環境における光合成能力を大幅に向上させ、植物体重量を約26%向上させることに成功した。本研究成果によって、地球温暖化に適応した生産性の高いイネを作り出すことに成功したと言える。本研究成果は、Suganami et al. (2021) Plant PhysiologyとQu et al. (2021) Plant, Cell & Environmentで国際誌に発表した。

由于天气变化和植物之间的相互阴影的变化，植物在室外环境中收到的光强度发生变化。为了阐明气候变化对粮食生产和碳循环的影响，需要在接近实际领域的环境中进行实验。因此，这项申请研究旨在通过增强光合作用系统的功能，在不久的将来提高水稻在高二氧化碳和高温环境中的光合作用能力。 Previous research has shown that Rubisco, the key enzyme for photosynthesis, is inactivated in a variety of environments, including weak light, and that the activity does not increase immediately upon sudden exposure to light, and that in transformant rice, which reduces the amount of Rubisco activase that reactivates inactivated Rubisco, photosynthetic induction time is significantly delayed.此外，准备了Rubisco Activase和Rubisco过表达的双转化体，并发现光合作用能力可以改善当前大气CO2浓度和温度环境。此外，这些双重转化体已成功提高了高温环境中的光合作用能力，并使植物的重量增加了约26％。可以说这一研究发现我们已经成功地创造了适合全球变暖的高产大米。这项研究的结果发表在Suganami等人的国际期刊上。（2021）植物生理学和Qu等。（2021）植物，细胞和环境。