弱光下におけるC4光合成のATPコストを補償する分子機構の解明

阐明弱光条件下补偿 C4 光合作用 ATP 成本的分子机制

• 批准号: 21K20571
• 负责人: 石川 規子
• 金额: $ 2万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-08-30 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K20571/
• 关键词: C4光合成; 光合成電子伝達; 植物生理生化学; 弱光条件

C4光合成にとって不利となる弱光条件にあっては、光合成電子伝達の副次的経路であるNADHデヒドロゲナーゼ様複合体（NDH）に依存する経路（NDH経路）の働きが重要となることが、C4植物フラベリアのNDH抑制株を用いた先行研究により示されている。しかし、その機能の詳細については未だ十分な解析はおこなわれていない。そこで本研究では、弱光条件におけるNDH経路の分子機能の解明を目的として、フラベリアのNDH抑制株を、ある程度の大きさに育てた後、弱光ストレスを与え、光合成への影響について解析をおこなった。その結果、至適光強度よりやや弱めの約250 μmol photons m-2 s-1 で栽培すると、葉のクロロフィル濃度に低下が見られ、更により弱い光条件（約50 μmol photons m-2 s-1）でストレスを与え続けると、光化学系IIのポテンシャルを示す分光学的指標であるFv/Fmや葉面積当たりのタンパク質量の低下が見られることが明らかとなった。また、光合成電子伝達、カルビンサイクル、C4光合成に関与するタンパク質についてイムノブロット解析をしたところ、光化学系IIの反応中心タンパク質D1の葉面積当たりの蓄積がNDH抑制株で低下していた。この結果はFv/Fmの低下とも一致していた。カルビンサイクルで炭酸固定を担う酵素、リブロース-1,5-ビスリン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ（ルビスコ）の蓄積にNDH抑制株とコントロール株で差はなかったが、CO2濃縮経路の初発酵素、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（PEPC）の蓄積は葉面積当たりの全タンパク質量が減少しているにも関わらず、NDH抑制株で増加していた。この結果から、NDHの抑制によってPEPCが関与する反応の前後のCO2濃縮経路の代謝産物に変化が生じ、PEPCの蓄積にフィードバックがかかった可能性が示唆された。

在不利于C4光合作用的弱光条件下，依赖于NADH脱氢酶样复合物（NDH）的途径的功能变得重要，NDH是光合电子传递的次级途径（NDH途径）。先前的研究使用 NDH 抑制的 Flaveria 植物菌株。但其功能细节尚未得到充分分析。因此，在本研究中，为了阐明弱光条件下NDH通路的分子功能，我们将黄菊NDH抑制菌株培养至一定大小，然后对其进行弱光胁迫并分析其影响关于光合作用。结果，在约250 μmol光子m-2 s-1的光强度下培养时，叶片中的叶绿素浓度下降，该光强度略弱于最佳光强度，并且在更弱的光照条件下（约50 μmol光子m-2 s-1）培养时，叶片中的叶绿素浓度降低。光子 m-2 s-1) 叶子中的叶绿素浓度明显下降，当胁迫持续在 1) 下时，Fv/Fm（指示光系统 II 潜力的光谱指数）以及每片叶子的蛋白质含量降低。面积减少。此外，对参与光合电子传递、卡尔文循环和 C4 光合作用的蛋白质的免疫印迹分析表明，在 NDH 抑制品系中，每个叶面积的光系统 II 反应中心蛋白 D1 的积累减少。该结果与Fv/Fm的降低一致。 NDH 抑制菌株和对照菌株在核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶 (Rubisco)（一种负责卡尔文循环中二氧化碳固定的酶）的积累方面没有差异，但磷酸烯醇丙酮酸（初始酶）的积累没有差异。尽管每个叶面积的总蛋白含量降低，但 NDH 抑制品系中的 CO2 浓度途径中的羧化酶 (PEPC) 积累却增加。这些结果表明，NDH的抑制可能导致PEPC反应前后CO2浓度途径代谢物的变化，从而对PEPC积累产生反馈效应。