葉緑体機能を支えるレドックス制御システムの包括的解析

支持叶绿体功能的氧化还原控制系统综合分析

• 批准号: 19H03241
• 负责人: 吉田 啓亮
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H03241/
• 关键词: 植物生理科学; 植物生化学; 光合成; レドックス; 葉緑体; 植物生理学; チオレドキシン; レドックス制御; 植物生理科学; 植物生化学; 光合成; レドックス; 葉緑体; 植物生理学; チオレドキシン; レドックス制御

移動能力を欠く植物が、絶えず変動する光環境で効率よく光合成を行うためには、光合成の場である葉緑体の機能を柔軟かつ精密に制御する必要がある。本研究では、酸化還元を基盤としたタンパク質の翻訳後制御であるレドックス制御に注目する。近年、葉緑体のレドックス制御系は、多くのタンパク質（制御因子群と標的群）が関わるネットワーク上システムとして再認識されており、そのシステム全体の分子基盤や生理意義の解明が重要な課題となっている。本研究課題では、分子生物学・生化学から生理生態学までを貫徹する基礎研究を行い、葉緑体機能を統御するレドックス制御系を包括的に理解する。当該年度は、レドックス制御系の主要経路と考えられているフェレドキシン／チオレドキシン経路の生理機能の解析を重点的に実施した。前年度に、この経路の中心的ハブとして働くFTRの完全破壊株をCRISPR/Cas9によって作出していたので、この変異株を本年度の実験に用いた。タンパク質の酸化還元応答を調べたところ、野生株においては葉緑体ストロマ局在のタンパク質群が光に依存してダイナミックな還元応答を示した一方、FTR変異株においてはまったくそれが観測されなかった。FTR変異株では、著しい生育阻害、光合成速度の減少、葉緑体の形態異常が見られた。これらの結果から、フェレドキシン／チオレドキシンは光照射に応じてストロマタンパク質を活性化させるために必要な唯一の経路であり、光合成に決定的な役割を果たしていることが明らかになった。また本研究では、ATP合成酵素の還元・活性化に関わる未知の還元力伝達経路の存在が示唆された（論文投稿中）。

为了使缺乏在不断波动的光环境中有效移动的植物，有必要灵活，精确地控制光合作用位置叶绿体的功能。这项研究的重点是氧化还原调节，这是基于氧化 - 雷克斯的蛋白质后翻译调节。近年来，叶绿体的氧化还原调节系统已被重新识别为涉及许多蛋白质（调节因素和目标群）的网络系统，并阐明了整个系统的分子基础和生理意义已成为一个重要问题。该研究主题将进行基础研究，涵盖从分子生物学和生物化学到生理生态学的所有内容，并将全面了解控制叶绿体功能的氧化还原控制系统。在今年，我们专注于分析铁氧还蛋白/硫氧还蛋白途径的生理功能，这被认为是氧化还原控制系统的主要途径。上一年，FTR完全破坏性的菌株是该途径的中心枢纽，由CRISPR/CAS9产生，并且在今年的实验中使用了该突变体。当研究蛋白质的氧化还原反应时，在野生菌株中，叶绿体基质局部蛋白质组显示出光依赖性的动态还原反应，而在FTR突变体中，根本没有观察到这一点。 FTR突变菌株显示出显着的生长抑制作用，光合作用率降低和叶绿体形态异常。这些结果表明，铁蛋白/硫氧还蛋白是响应光照射而激活基质蛋白所需的唯一途径，并且在光合作用中起着至关重要的作用。这项研究还表明，存在涉及减少和激活ATP合酶的未知还原力传递途径（在论文提交中）。