Study on a resistibility mechanism - Mehler reaction - of photosynthesis against light stress in conifer

针叶树光合作用抵抗光胁迫机制——梅勒反应的研究

基本信息

批准号：
19K06148
负责人：
津山孝人
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

植物の成長に光は必須であるが、強過ぎる光は害となる。これは、強光が光合成の阻害（光阻害）を引き起こすためである。進化の過程で植物は、光阻害を回避する様々な仕組みを発達させてきた。その一つに葉緑体チラコイド膜における酸素還元反応―メーラー（Mehler）反応―がある。申請者らは以前、裸子植物（種数で換算すると裸子植物の7割は針葉樹）は被子植物よりも同反応の能力が約10倍高いことを見出した。本研究は、針葉樹におけるメーラー反応の制御機構や生理的意義を明らかにすることを目的とする。光合成電子伝達反応はチラコイド膜における二つの光化学系（系Iおよび系II）によって駆動される。まず、系Ⅱにおいて光のエネルギーを利用して水分子が分解され、生成した電子は電子伝達鎖に供給される。電子は系Ⅱから系Ⅰを経てNADP+へと伝達される。この一連の反応はリニア（linear）電子伝達反応と呼ばれる。生成したNADPHとATP（リニア電子伝達と共役して合成される）は炭酸固定やその他の代謝で消費される。メーラー反応は、リニア電子伝達反応においてNADP+が不足する状況下（ATPが不足する状況下）、系Ⅰ下流で起きる酸素還元反応であり、電子伝達鎖の還元レベルを調節する役割を担う。針葉樹が一般に環境ストレスに強いことと考え合わせると、針葉樹において大きなメーラー反応は、強光や乾燥などの環境ストレスに対する防御に寄与しているように思われる。針葉樹におけるメーラー反応の制御機構を調べるために、被子植物のモデル植物シロイヌナズナを用いた。シロイヌナズナの各種変異体を用いて解析を行った結果、系Ⅰサイクリック（cyclic）電子伝達反応が大きいとメーラー反応が小さくなることが分かった。系Ⅰサイクリック電子伝達反応は、系Ⅰ下流のNADPHからPQ（プラストキノン：系Ⅱと系Ⅰとの間の電子伝達体）へ電子を戻す反応である。メーラー反応と系Ⅰサイクリック電子伝達とは競合する。

光对于植物生长至关重要，但是太强光可能是有害的。这是因为强光引起光合作用的抑制（光抑制）。在进化过程中，植物已经开发出各种机制以避免抑制光抑制。其中之一是叶绿体类囊体膜中的氧还原反应：Mehler反应。申请人以前发现，裸子植物（转换为物种时，有70％的裸子植物是针叶树）的作用能力大约是被子植物相同反应的能力的10倍。这项研究旨在阐明针叶树中邮件响应的机制和生理意义。光合电子传递反应由囊体膜中的两个光系统（系统I和II）驱动。首先，在系统II中，使用光能分解水分子，并将产生的电子送入电子传输链中。通过系统将电子从系统II转移到NADP+。这一系列反应称为线性电子转移反应。产生的NADPH和ATP（通过线性电子传输合成）被碳酸固定和其他代谢所消耗。邮件反应是在NADP+短缺条件下（在ATP短缺的情况下）在线性电子转移反应下在系统I下游发生的氧还原反应，并在调节电子传递链的还原水平中起作用。考虑到针叶树通常对环境压力有抵抗力，因此，针叶树中的大邮件反应有助于保护环境压力，例如较强的光线和干燥。为了调查控制邮件在针叶树中的反应的机制，使用了被子植物型植物拟南芥。使用各种拟南芥突变体的分析表明，当系统I Cyclic电子转移反应很大时，邮件反应变小。系统I Cyclic电子传输反应是一种反应，其中电子从系统I下游返回到PQ（层喹酮：系统II和系统I之间的电子转运蛋白）。邮件反应与系统I环状电子传输竞争。

项目成果

期刊论文数量（3）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

針葉樹の光合成機能解析III－系Ⅰサイクリック電子伝達反応の検出条件－

针叶树光合功能分析III-系统I循环电子转移反应检测条件-

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Matsuoka Shunsuke;Doi Hideyuki;Masumoto Shota;Kitagawa Ryo;Nishizawa Keita;Tanaka Kaho;Hasegawa Motohiro;Hobara Satoru;Osono Takashi;Mori Akira S.;Uchida Masaki;津山孝人
通讯作者：
津山孝人

針葉樹の光合成機能解析Ⅱ－光化学系Ⅰサイクリック電子伝達反応の抑制－

针叶树光合功能分析II-光系统I循环电子转移反应的抑制-